Исследование предельных параметров процесса глубокой вытяжки листовых заготовок из жаропрочных медных сплавов

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.

1. 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.).

2. 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.).

3. 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.).

4. Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. Л.: Машиностроение, 1979. Romanovsky V.P. Handbook of cold forging. Leningrad: Mashinostroenie, 1979 (In Russ.).

5. 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.).

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.).

12. Shinkin V.N. Elastoplastic flexure of round steel beams. 2. Residual stress. Steel in Trans. 2018. Vol. 48. P. 718— 723.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. 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.

17. 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—239

18. 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.).

19. 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.

20. Maslov V.D., Nikolenko K.A. ANSYS/LS-DYNA simulation of sheet stamping processes. Samara: SamSAU, 2007.

21. 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.).

22. 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.

23. 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.pdf