Применение метода конечных элементов для анализа напряженно-деформированного состояния прессования

Подробное изложение вариантов решения краевых задач прессования представлено в учебном пособии [61].

Постановка задачи

Для анализа напряженно-деформированного состояния процесса прессования использована система анализа процессов пластического деформирования РАПИД-20, разработанная сотрудниками УГТУ — УПИ (ныне УрФУ) Е. Г. Полищуком и Д. С. Жировым и описанная в учебном пособии [62].

Создатели системы предложили использовать ее для моделирования, анализа, разработки и оптимизации технологических процессов горячей объемной штамповки в осесимметричной постановке. Задача решается методом конечных элементов треугольной формы. Здесь приведены примеры применения системы для анализа процесса горячего прессования.

Общими параметрами, характеризующими процесс горячей штамповки и прессования, являются:

  • — наличие деформируемой среды, обладающей вязкими свойствами;
  • — наличие деформирующего инструмента, обладающего свойствами отъема тепла от горячей заготовки;
  • — наличие развитых поверхностей трения;
  • — осесимметричная постановка краевой задачи.

Различия указанных процессов заключаются в следующем.

  • — В отличие от штамповки, прессование сопровождается большими вытяжками, поэтому большая часть деформируемого материала постоянно покидает очаг деформации, «унося» с собой большую часть конечных элементов. Оставшихся в пластической зоне конечных элементов не хватает для обеспечения нормальной точности вычислений.
  • — Вследствие больших коэффициентов вытяжек происходит значительное обновление контактных поверхностей, что должно сказываться на характеристиках трения и теплообмена.
  • — Как правило, прессование характеризуется наличием жестких зон и соответственно поверхностей среза.
  • — По сравнению со штамповкой вследствие гораздо более значительных степеней деформации тепловыделение в отдельных зонах настолько велико, что может приводить к пережогу или даже расплавлению металла. В то же время из-за окружения очага деформации инструментами (матрицей, контейнером, пресс-шайбой) наблюдается значительный теплообмен и возможно захолаживание отдельных приконтактных зон.
  • — В отличие от штамповки прессование имеет стационарную стадию процесса.
Сетка конечных элементов и координатная сетка в исходной постановке задачи прессования

Рис. 18.1. Сетка конечных элементов и координатная сетка в исходной постановке задачи прессования

Анализу подвергнут вариант прессования прссс-изделия диаметром 80 мм с использованием контейнера диаметром 200 мм. Матрица — плоская, с длиной калибрующего пояска 10 мм. Изображение очага деформации, координатная сетка и сетка конечных элементов представлены на рис. 18.2. Реологические свойства материала (плотность, теплопроводность, кривая упрочнения) соответствовали характеристикам латуни Л90. В базовой постановке показатели трения по Зибелю на всех контактных поверхностях равны единице.

Сетка конечных элементов при формировании пресс-утяжины в изотермическом решении задачи

Рис. 18.2. Сетка конечных элементов при формировании пресс-утяжины в изотермическом решении задачи: числа при линиях равного уровня — значения степени деформации сдвига

Высота слоя металла, находящегося в контейнере пресса, при постановке задачи задавалась равной 80 мм (отношение высоты к диаметру заготовки 0,4), что не характеризовало всю длину слитка, так как моделировалась именно конечная стадия прессования. Чтобы учесть влияние нагартовки металла на стационарной стадии процесса и подпирающее действие напряжений трения на матрице, очаг деформации сформирован таким образом, чтобы часть металла заполняла полость матрицы.

Такое упрощение пришлось применить, поскольку процесс прессования происходит при значительных коэффициентах вытяжек. Если бы пришлось решать задачу прессования для достаточно длинного слитка, точности решения невозможно было бы добиться из-за огромного количества конечных элементов, расположившихся в жестких областях, не участвующих в процессе деформации.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >