Сравнение напряженно-деформированного состояния матриц при гидроэкструзии и волочении
Тензометрией и методом конечных элементов проведено сравнение напряженного состояния поверхности рабочего канала матриц при гидропрессовании и волочении металлов....
Збережено в:
| Дата: | 2004 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
2004
|
| Назва видання: | Физика и техника высоких давлений |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/168052 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Сравнение напряженно-деформированного состояния матриц при гидроэкструзии и волочении / В.Г. Сынков // Физика и техника высоких давлений. — 2004. — Т. 14, № 1. — С. 109-112. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-168052 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1680522020-04-20T01:25:33Z Сравнение напряженно-деформированного состояния матриц при гидроэкструзии и волочении Сынков, В.Г. Тензометрией и методом конечных элементов проведено сравнение напряженного состояния поверхности рабочего канала матриц при гидропрессовании и волочении металлов. Comparison of the strained state of channel surface of dies under hydroextrusion and drawing of metals has been carried out by strain measurement method and finite element method. 2004 Article Сравнение напряженно-деформированного состояния матриц при гидроэкструзии и волочении / В.Г. Сынков // Физика и техника высоких давлений. — 2004. — Т. 14, № 1. — С. 109-112. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 0868-5924 PACS: 81.40.Lm, 62.20.Fe http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/168052 ru Физика и техника высоких давлений Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
Тензометрией и методом конечных элементов проведено сравнение напряженного состояния поверхности рабочего канала матриц при гидропрессовании и волочении металлов. |
| format |
Article |
| author |
Сынков, В.Г. |
| spellingShingle |
Сынков, В.Г. Сравнение напряженно-деформированного состояния матриц при гидроэкструзии и волочении Физика и техника высоких давлений |
| author_facet |
Сынков, В.Г. |
| author_sort |
Сынков, В.Г. |
| title |
Сравнение напряженно-деформированного состояния матриц при гидроэкструзии и волочении |
| title_short |
Сравнение напряженно-деформированного состояния матриц при гидроэкструзии и волочении |
| title_full |
Сравнение напряженно-деформированного состояния матриц при гидроэкструзии и волочении |
| title_fullStr |
Сравнение напряженно-деформированного состояния матриц при гидроэкструзии и волочении |
| title_full_unstemmed |
Сравнение напряженно-деформированного состояния матриц при гидроэкструзии и волочении |
| title_sort |
сравнение напряженно-деформированного состояния матриц при гидроэкструзии и волочении |
| publisher |
Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України |
| publishDate |
2004 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/168052 |
| citation_txt |
Сравнение напряженно-деформированного состояния матриц при гидроэкструзии и волочении / В.Г. Сынков // Физика и техника высоких давлений. — 2004. — Т. 14, № 1. — С. 109-112. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| series |
Физика и техника высоких давлений |
| work_keys_str_mv |
AT synkovvg sravnenienaprâžennodeformirovannogosostoâniâmatricprigidroékstruziiivoločenii |
| first_indexed |
2025-07-15T02:22:53Z |
| last_indexed |
2025-07-15T02:22:53Z |
| _version_ |
1837677856808763392 |
| fulltext |
Физика и техника высоких давлений 2004, том 14, № 1
109
PACS: 81.40.Lm, 62.20.Fe
В.Г. Сынков
СРАВНЕНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ
МАТРИЦ ПРИ ГИДРОЭКСТРУЗИИ И ВОЛОЧЕНИИ
Институт физики горных процессов НАН Украины
ул. Р. Люксембург, г. Донецк, 83114, Украина
Статья поступила в редакцию 5 марта 2004 года
Тензометрией и методом конечных элементов проведено сравнение напряженного
состояния поверхности рабочего канала матриц при гидропрессовании и волочении
металлов.
При формоизменении материалов обработкой давлением (волочение, прессо-
вание, гидроэкструзия) широко применяются камеры высокого давления с пере-
менной по длине толстостенностью (матрицы, фильеры). Их внутренний канал
состоит из сопряженных конических и цилиндрических участков, а нагрузка
распределена на части длины поверхности рабочего канала. Аналитическое ис-
следование напряженно-деформированного состояния таких матриц встречает
серьезные трудности даже при самых простых формах распределения нагрузок.
Это связано с поиском решения системы дифференциальных уравнений (выра-
женных через функцию напряжений), удовлетворяющего граничным условиям
на внутренней и наружной поверхностях при реальных геометрических соотно-
шениях узла: H/D ≈ 1 (где Н – высота, D – наружный диаметр матрицы) [1]. Осо-
бый интерес представляют результаты тензометрии наружной поверхности мо-
дели матрицы, нагруженной по схеме гидроэкструзии [2], и сопоставление их с
данными, полученными при моделировании волочения [3].
Геометрические соотношения модели определяются параметрами рабочего
канала нагружающего контейнера: Н = 40 mm, D = 40 mm, dk = 8 mm, hk = 5 mm,
α = 10° (где dk, hk – соответственно диаметр и высота калибрующего отверстия,
α − угол наклона образующей рабочего канала к оси), которые близки к анало-
гичным при моделировании волочения. Длина участка нагружения hl = 12.5 mm,
расстояние от участка нагружения до тонкого торца h0 = 22.5 mm.
Коэффициент трения в матрице при ее взаимодействии с заготовкой опре-
деляли методом Бриджмена [2]. Делали запись деформации поверхности мат-
рицы в функции давления жидкости Pf, а затем сравнивали давление на этапах
разгрузки Punl и нагрузки Pl при одинаковых деформациях. Коэффициент трения
ff и контактное напряжение в зоне заготовки Рc определяли из соотношений:
Физика и техника высоких давлений 2004, том 14, № 1
110
α
+
−
= tg
unl
unl
l
l
f PP
PPf ,
( )( )α+−
=
ctg1 22
2
f
f
c
frR
RP
P ,
где R, r – соответственно максимальный и минимальный радиусы контакта
заготовки с моделью матрицы. Коэффициент трения ff = 0.04–0.06.
При значениях отношения R2/r2 < 5 контактное напряжение Pc, как правило,
превышает нагружающее давление Рf. Деформацию от воздействия заготовки
на матрицу вычисляли следующим образом. Из общей деформации наружной
поверхности при давлении нагружения Рf и контактном давлении Рc вычитали
деформацию, соответствующую нагружению только давлением Рf по всей об-
разующей матрицы (эту деформацию измеряли предварительно при гидроста-
тическом нагружении конусной части матрицы). Затем оставшуюся долю де-
формаций нормировали по разности Pс – Pf и путем умножения на Pс получали
величину деформации только от взаимодействия заготовки с матрицей εb.
Анализ соотношения для контактного напряжения между заготовкой и
матрицей применительно к процессам гидроэкструзии труднодеформируе-
мых материалов (f = 0.05−0.1, α = 10−20°, µ = 1.5−3) показывает, что пара-
метр Рс/Рf может достигать значений 2−2.5, особенно при относительно не-
больших вытяжках µ = 1.5−2 (µ = R2/r2). С учетом изложенного при сравни-
тельно небольших давлениях на пресс-штемпеле Рf = 1−1.2 GPa контактное
давление в матрицах может составлять Рc = 2−2.3 GPa, что необходимо учи-
тывать при их проектировании.
4 8 12 16 20 24 28 32 36
-1
0
1
2
3
4
5
6
4
τ2
4
3
2
1ε
⋅
10
z, mm
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8
-2
-1
0
1
2
3
4
4
4
τ 2
z2ε
⋅
10
,
ε
⋅1
0
h /hi
4
3
2
1
Рис. 1. Зависимость окружных ετ2 компонент деформаций наружной поверхности
модели матрицы: 1 – от торцевого поджима, 2 − от гидростатического нагружения
Рf = 100 MPa, 3 − от контакта матрицы с заготовкой ( Hhh ll /= = 0.313; Hhh /00 = =
= 0.563), 4 − суммарные значения окружных напряжений
Рис. 2. Сравнение окружных ετ2 и осевых εz2 деформаций наружной поверхности
модели при нагружении жидкостью (соответственно кривые 1, 2) и при волочении
(кривые 3, 4)
Физика и техника высоких давлений 2004, том 14, № 1
111
На рис. 1 представлено распределение компонент деформации наружной
поверхности модели матрицы из бронзы БрБ2 по ее высоте z при Pf = 100 Mpa
(диаметр заготовки db = 12.4 mm). Предварительный поджим матрицы к
контейнеру Fl = 2·104 N, при давлении Pf = 100 MPa поджим Fl = 1.76·104 N,
коэффициент трения ff = 0.04, контактное давление Рc = 140 MPa.
По результатам измерения деформаций ετ2, εz2 модели, нагруженной воло-
чением на участке lh = 0.334 [3], и модели, нагруженной по схеме гидроэкс-
трузии lh = 0.313 [2] (рис. 2), а также с использованием соотношений между
окружными напряжениями στ1/στ2 (рис. 3), полученных методом конечных
элементов [4], проведено сравнение напряжений на поверхности рабочего ка-
нала при гидроэкструзии и волочении (рис. 4). Некоторое расхождение между
значениями деформаций в сечениях моделей hi/H = 0.5−0.6 связано, по-види-
мому, с разным расположением верхней границы зоны нагружения (h0/H = 0.5
и 0.563) и с тем, что при гидроэкструзии оба торца модели сжаты плитами, а
при волочении − только один из торцов контактирует с мессдозой.
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
σ τ1
/σ
τ2
z/H
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
τ 1
i
σ
,
M
Pa
h /H
2
1
Рис. 3. Зависимость соотношения στ1/στ2 от приведенного текущего сечения z/H
Рис. 4. Сравнение окружных напряжений στ1 на поверхности рабочего канала при
гидроэкструзии (1) и волочении (2)
Таким образом, более жесткие условия нагружения матрицы наблюдают-
ся при достаточно малой относительной высоте нагружения lh и деформи-
ровании заготовки гидропрессованием. По мере роста lh расхождение, оче-
видно, будет уменьшаться, поскольку доля нагрузки на рабочий канал от
столба жидкости над заготовкой будет снижаться. Кроме того, работа трения
при деформировании жидкостью существенно ниже, чем при волочении.
Необычно также распределение окружного напряжения в зоне опорного
торца матрицы и в верхнем сечении контакта заготовки с моделью. Такое
поведение окружного напряжения можно отнести на счет силы трения, ог-
раничивающей свободное радиальное смещение опорного торца модели.
Физика и техника высоких давлений 2004, том 14, № 1
112
1. Прочность, устойчивость, колебания. Справочник, Т. 2, И.А. Бергер, Я.Г. Па-
новко (ред.), Машиностроение, Москва (1968).
2. В.Г. Сынков, С.А. Бричко, А.А. Стребуль, ФТВД вып. 22, 82 (1986).
3. В.Г. Сынков, Сборник научных трудов международной научно-технической
конференции «Новые наукоемкие технологии, оборудование и оснастка для об-
работки материалов давлением», Краматорск (2004), с. 115.
4. В.Г. Сынков, О.Е. Глауберман, Е.И. Вербицкий, ФТВД вып. 22, 85 (1986).
V.G. Synkov
COMPARISON OF THE STRESSED−STRAINED STATE OF DIES UN-
DER HYDROSTATIC EXTRUSION AND DRAWING
Comparison of the strained state of channel surface of dies under hydroextrusion and
drawing of metals has been carried out by strain measurement method and finite element
method.
Fig. 1. Dependence of hoop ετ2 component of strain for outer surface of die model on: 1 −
end-face loading, 2 − hydrostatic loading Рf = 100 MPa, 3 − contact between die and bil-
let ( Hhh ll /= = 0.313; Hhh /00 = = 0.563), 4 − total values of hoop strain
Fig. 2. Comparison of hoop ετ2 and axial εz2 strain for outer surface of the model upon
loading with liquid (curves 1, 2, respectively) and under drawing (curves 3, 4)
Fig. 3. Dependence of στ1/στ2 ratio on reduced current section z/H
Fig. 4. Comparison of hoop strains στ1 on channel surface during hydroextrusion (1) and
drawing (2)
|