cvmetИзвестия вузов. Цветная металлургияIzvestiya. Non-Ferrous Metallurgy0021-34382412-8783НИТУ "МИСИС"10.17073/0022-3438-2021-6-42-48cvmet-1428Research ArticleОбработка металлов давлениемPressure Treatment of MetalsИсследование предельных параметров процесса глубокой вытяжки листовых заготовок из жаропрочных медных сплавовStudy of the limiting parameters of deep drawing of sheet blanks made of heat-resistant copper alloysДемьяненкоЕ. Г.DemyanenkoE. G.

докт. техн. наук, доцент кафедры обработки металлов давлением (ОМД)

443086, г. Самара, Московское шоссе, 34

Dr. Sci. (Eng.), associate professor of the Department of metal forming

443086, Samara, Moscowskoe shosse, 34 

e-dem@mail.ruПоповИ. П.PopovI. P.

докт. техн. наук, профессор кафедры ОМД

г. Самара

Dr. Sci. (Eng.), professor of the Department of metal forming 

Samara

igr_popov@mail.ruНиконовД. А.NikonovD. A.

аспирант кафедры ОМД

г. Самара

postgraduate student of the Department of metal forming 

Samara

hel250@yandex.ruСамарский национальный исследовательский университет (СНИУ) имени академика С.П. КоролеваРоссияSamara National Research UniversityRussian Federation2022071220222864248Copyright © Демьяненко Е.Г., Попов И.П., Никонов Д.А., 20222022Демьяненко Е.Г., Попов И.П., Никонов Д.А.Demyanenko E.G., Popov I.P., Nikonov D.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://cvmet.misis.ru/jour/article/view/1428

Исследован механизм процесса глубокой вытяжки тонкостенной заготовки в штампе с конической матрицей с определением предельного состояния формообразования, наступающего в момент отрыва дна в радиусной части пуансона, когда напряжения в меридиональном направлении достигают своего максимального значения. Это условие определено уменьшением размеров кромки заготовки на стадии замедленного упрочнения материала и уменьшения площади фланца заготовки, являющихся основными факторами, препятствующими процессу. Оно позволяет установить критерий, с помощью которого определяется предельный коэффициент вытяжки (отношение диаметра заготовки к диаметру детали), а именно, равенство меридиональных напряжений в зоне радиусного закругления пуансона и предела прочности материала. Установлено влияние прочностных свойств материала заготовки, трения и конусности матрицы на предельный коэффициент вытяжки. Выявлено, что изменение пластических и прочностных свойств жаропрочного медного сплава БрХ08 (пределов прочности и текучести) не влияет на величину констант упрочнения материала и практически не отражается на предельном коэффициенте вытяжки. Проведены комплексные исследования, включающие теоретический анализ и моделирование в программном продукте ANSYS/ LS-DYNA с исходными данными для заготовки толщиной 1,35 мм и диаметром 100 мм из материала БрХ08. Представлены этапы компьютерного моделирования с указанием основных параметров процесса, таких как модель и механические характеристики материала заготовки, тип элементов, кинематические нагрузки, условия контактного взаимодействия элементов между собой и т.д. Результаты моделирования процесса подтвердили теоретические выводы, необходимые для реализации процесса без дефектов детали.

This article studies the mechanism of thin-walled workpiece deep drawing in the mould with a conical die and determines the forming limit state that occurs at the time of the bottom detachment in the radius part of the punch when stresses in the meridional direction reach their maximum value. This condition is determined by a decrease in the workpiece edge size at the stage of slow material hardening and a decrease in the workpiece flange area that are main factors hindering the process. This condition makes it possible to establish a criterion used to determine the limiting drawing ratio (ratio of the diameter of the workpiece to the diameter of the part), namely: equality of meridional stresses in the punch radius rounding area and the material tensile strength. The paper establishes the effect of the workpiece material strength properties, friction and die taper on the limiting drawing ratio. A change in the plastic and strength properties of the BrKh08 heat-resistant copper alloy (tensile strength, yield strength) does not affect the material hardening constant values and practically does not affect the limiting drawing ratio. The paper uses a comprehensive research method including theoretical analysis and modeling in the ANSYS/LS-DYNA software with input data for the 1.35 mm thick workpiece 100 mm in diameter made of BrKh08. The article presents computer simulation stages indicating main process parameters such as the workpiece material model, mechanical properties, type of elements, kinematic loads, conditions of contact interaction between elements, etc. Process simulation results confirmed theoretical conclusions necessary for the process implementation without part defects.

глубокая вытяжкапредельный коэффициент вытяжкиконическая матрицаANSYS/LS-DYNAнапряженияdeep drawinglimiting drawing ratioconical dieANSYS/LS-DYNAstressesReferencesПопов И.П. Штамп для вытяжки полых деталей: Пат. 852407 (СССР). 1981. Popov I.P. Stamp for drawing hollow parts: Pat. 852407 (USSR). 1981 (In Russ.).Попов И.П. Штамп для вытяжки полых деталей: Пат. 852407 (СССР). 1981. Popov I.P. Stamp for drawing hollow parts: Pat. 852407 (USSR). 1981 (In Russ.).Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением. М.: Машиностроение, 1977. Storozhev M.V., Popov E.A. Theory of metal forming. Moscow: Mashinostroenie, 1977 (In Russ.).Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением. М.: Машиностроение, 1977. Storozhev M.V., Popov E.A. Theory of metal forming. Moscow: Mashinostroenie, 1977 (In Russ.).Мошнин Е.Н. Технология штамповки крупногабаритных деталей. М.: Машиностроение, 1973. Moshnin E.N. Technology of stamping of large-sized parts. Moscow: Mashinostroenie, 1973 (In Russ.).Мошнин Е.Н. Технология штамповки крупногабаритных деталей. М.: Машиностроение, 1973. Moshnin E.N. Technology of stamping of large-sized parts. Moscow: Mashinostroenie, 1973 (In Russ.).Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. Л.: Машиностроение, 1979. Romanovsky V.P. Handbook of cold forging. Leningrad: Mashinostroenie, 1979 (In Russ.).Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. Л.: Машиностроение, 1979. Romanovsky V.P. Handbook of cold forging. Leningrad: Mashinostroenie, 1979 (In Russ.).Попов Е.А. Основы теории листовой штамповки. M.: Машиностроение, 1968. Popov E.A. Fundamentals of the theory of sheet stamping. Moscow: Mashinostroenie, 1968 (In Russ.).Попов Е.А. Основы теории листовой штамповки. M.: Машиностроение, 1968. Popov E.A. Fundamentals of the theory of sheet stamping. Moscow: Mashinostroenie, 1968 (In Russ.).Pandre S., Morchhale A., Kotkunde N., Khanna N., Saxena A. Determination of warm deep drawing behavior of DP590 steel using numerical modeling and experimental process window. Arab. J. Sci. Eng. 2021. Vol. 46. P. 12537—12548.Pandre S., Morchhale A., Kotkunde N., Khanna N., Saxena A. Determination of warm deep drawing behavior of DP590 steel using numerical modeling and experimental process window. Arab. J. Sci. Eng. 2021. Vol. 46. P. 12537—12548.Lu R., Liu Y., Yan M., Shen L., Huang H. Theoretical, experimental and numerical studies on the deep drawing behavior of Ti/Al composite sheets with different thickness ratios fabricated by roll bonding. J. Mater. Proces. Technol. 2021. Vol. 297. P. 117246.Lu R., Liu Y., Yan M., Shen L., Huang H. Theoretical, experimental and numerical studies on the deep drawing behavior of Ti/Al composite sheets with different thickness ratios fabricated by roll bonding. J. Mater. Proces. Technol. 2021. Vol. 297. P. 117246.Manabe K.I., Soeda K., Shibata A. Effects of variable punch speed and blank holder force in warm superplastic deep drawing process. Metals. 2021. Vol. 11. P. 493—509.Manabe K.I., Soeda K., Shibata A. Effects of variable punch speed and blank holder force in warm superplastic deep drawing process. Metals. 2021. Vol. 11. P. 493—509.Ben-Elechi S., Khelifa M., Bahloul R. Sensitivity of friction coefficients, material constitutive laws and yield functions on the accuracy of springback prediction for an automotive part. Int. J. Mater. Form. 2021. Vol. 14. P. 323—340.Ben-Elechi S., Khelifa M., Bahloul R. Sensitivity of friction coefficients, material constitutive laws and yield functions on the accuracy of springback prediction for an automotive part. Int. J. Mater. Form. 2021. Vol. 14. P. 323—340.Khuanngern B., Suranuntchai S. Analysis and correction of defects for deep drawing process of stainless sink by use of finite element simulation. Key Eng. Mater. 2021. Vol. 889. Р. 153—159.Khuanngern B., Suranuntchai S. Analysis and correction of defects for deep drawing process of stainless sink by use of finite element simulation. Key Eng. Mater. 2021. Vol. 889. Р. 153—159.Шинкин В.Н. Прямая и обратная нелинейная аппроксимация зоны упрочнения стали. Черные металлы. 2019. Т. 3. C. 32—37. Shinkin V.N. Direct and inverse non-linear approximation of hardening zone of steel. Chernye Metally. 2019. Vol. 3. P. 32—37 (In Russ.).Шинкин В.Н. Прямая и обратная нелинейная аппроксимация зоны упрочнения стали. Черные металлы. 2019. Т. 3. C. 32—37. Shinkin V.N. Direct and inverse non-linear approximation of hardening zone of steel. Chernye Metally. 2019. Vol. 3. P. 32—37 (In Russ.).Shinkin V.N. Elastoplastic flexure of round steel beams. 2. Residual stress. Steel in Trans. 2018. Vol. 48. P. 718— 723.Shinkin V.N. Elastoplastic flexure of round steel beams. 2. Residual stress. Steel in Trans. 2018. Vol. 48. P. 718— 723.Dwivedi R., Choubey A.K., Purohit R., Rana R.S. Experimental and numerical analysis of aluminum alloy cylindrical cup using novel deep drawing technique 889 KEM. Adv. Mater. Proces. Technol. 2021. P. 153—159.Dwivedi R., Choubey A.K., Purohit R., Rana R.S. Experimental and numerical analysis of aluminum alloy cylindrical cup using novel deep drawing technique 889 KEM. Adv. Mater. Proces. Technol. 2021. P. 153—159.Schuh G., Bergweiler G., Fiedler F., Bickendorf P., Schumacher P. Small series production and geometric analysis of sheet metal car body parts using forming tools made of fused filament fabricated PLA. In: Proc. of IEEE. International Conference on Industrial Engineering and Engineering Management. 2020. December. P. 156—160.Schuh G., Bergweiler G., Fiedler F., Bickendorf P., Schumacher P. Small series production and geometric analysis of sheet metal car body parts using forming tools made of fused filament fabricated PLA. In: Proc. of IEEE. International Conference on Industrial Engineering and Engineering Management. 2020. December. P. 156—160.Shinkin V.N. Simple analytical dependence of elastic modulus on high temperatures for some steels and alloys. CIS Iron Steel Rev. 2018. Vol. 15. P. 32—38.Shinkin V.N. Simple analytical dependence of elastic modulus on high temperatures for some steels and alloys. CIS Iron Steel Rev. 2018. Vol. 15. P. 32—38.Kumbhar S.V. Case studies in failure analysis through simulation of deep drawing process of sheet metal products: A brief. J. Failure Analysis and Prevention. 2021. Vol. 21(5). P. 1575—1581.Kumbhar S.V. Case studies in failure analysis through simulation of deep drawing process of sheet metal products: A brief. J. Failure Analysis and Prevention. 2021. Vol. 21(5). P. 1575—1581.Sobotka J., Solfronk P., Korecek D., Pilar P. Influence of testing methodology on position of the forming limit curve. In: Proc. of 29th Inter. Conf. on Metallurgy and Materials (METAL 2020). P. 234—239Sobotka J., Solfronk P., Korecek D., Pilar P. Influence of testing methodology on position of the forming limit curve. In: Proc. of 29th Inter. Conf. on Metallurgy and Materials (METAL 2020). P. 234—239Гречников Ф.В., Ерисов Я.А. Математическая модель анизотропного упругопластического материала. Машиностроение и энергетика. 2011. No. 6. С. 73—80. Grechnikov F.V., Erisov Ya.A. Mathematical model of anisotropicelastoplastic material. Mashinostroenie i energetika. 2011. Vol. 6. P. 73—80 (In Russ.).Гречников Ф.В., Ерисов Я.А. Математическая модель анизотропного упругопластического материала. Машиностроение и энергетика. 2011. No. 6. С. 73—80. Grechnikov F.V., Erisov Ya.A. Mathematical model of anisotropicelastoplastic material. Mashinostroenie i energetika. 2011. Vol. 6. P. 73—80 (In Russ.).Khaimovich I.N., Khaimovich A.I. Design and implementation of a computer-aided design system for stamping titanium alloys compressor blades. Bull. of Higher Educational Institutions. Non-ferrous metallurgy. 2015. Vol. 2. P. 37—43.Khaimovich I.N., Khaimovich A.I. Design and implementation of a computer-aided design system for stamping titanium alloys compressor blades. Bull. of Higher Educational Institutions. Non-ferrous metallurgy. 2015. Vol. 2. P. 37—43.Maslov V.D., Nikolenko K.A. ANSYS/LS-DYNA simulation of sheet stamping processes. Samara: SamSAU, 2007.Maslov V.D., Nikolenko K.A. ANSYS/LS-DYNA simulation of sheet stamping processes. Samara: SamSAU, 2007.Лехницкий С.Г. Теория упругости анизотропного тела. 2-е изд. М.: Наука, 1977. Lekhnitskiy S.G. Elasticity theory of an anisotropic body. Moscow: Nauka, 1977 (In Russ.).Лехницкий С.Г. Теория упругости анизотропного тела. 2-е изд. М.: Наука, 1977. Lekhnitskiy S.G. Elasticity theory of an anisotropic body. Moscow: Nauka, 1977 (In Russ.).Rezchikov A.F., Kochetkov A.V., Zakharov O.V. Mathematical models for estimating the degree of influence of major factors on performance and accuracy of coordinate measuring machines. MATEC Web Conf. 2017. Vol. 129. P. 01054.Rezchikov A.F., Kochetkov A.V., Zakharov O.V. Mathematical models for estimating the degree of influence of major factors on performance and accuracy of coordinate measuring machines. MATEC Web Conf. 2017. Vol. 129. P. 01054.Ranko Radonjic, Mathias Liewald, Fei Han. Optimisation of the blank holder stiffness in deep drawing processes by using FEA. In: Proc. of European LS-DYNA Conference. 2015, Würzburg, Germany. https://www.dynalook.com/conferences/10th-european-ls-dyna-conference/3%20Process%20VI%20-%20Deep%20Drawing/03-Radonjic-UnivStuttgart-P.pdfRanko Radonjic, Mathias Liewald, Fei Han. Optimisation of the blank holder stiffness in deep drawing processes by using FEA. In: Proc. of European LS-DYNA Conference. 2015, Würzburg, Germany. https://www.dynalook.com/conferences/10th-european-ls-dyna-conference/3%20Process%20VI%20-%20Deep%20Drawing/03-Radonjic-UnivStuttgart-P.pdf

The authors declare that there are no conflicts of interest present.