Моделирование процесса прессования стальной заготовки
Автор: Роговой Анатолий Алексеевич, Салихова Нелли Камилевна
Журнал: Вычислительная механика сплошных сред @journal-icmm
Статья в выпуске: 4 т.7, 2014 года.
Бесплатный доступ
Работа посвящена численному моделированию процесса прессования стальной заготовки (сталь 30ХГСА), имеющей в начальном состоянии форму восьмигранной усеченной пирамиды. Моделирование соответствует технологической схеме, включающей осадку равномерно нагретого до определенной температуры слитка в форме пирамиды, его разгрузку, прессование с помощью деформирующих инструментов (подставки и штампа) в направлении, перпендикулярном к предыдущему, и последующую разгрузку. С использованием уравнения Рамберга-Осгуда и заимствованных из литературных источников механических свойств стали 30ХГСА при температуре 500ºС построена диаграмма деформирования. С учетом больших пластических деформаций и нелинейных свойств материала определено напряженно-деформированное состояние заготовки и ее формоизменение на каждом этапе обработки давлением. В соответствии с технологией процесса решена нелинейная упругопластическая задача осадки стального слитка и последующей его разгрузки. Установлено, что после разгрузки заготовки величина интенсивности пластических деформаций остается практически неизменной (из-за малости упругих деформаций), а величина интенсивности напряжений существенно изменяется. Форма боковой поверхности исследуемого тела в конце операции осадки до величины 29,3% имеет вид выпуклой одинарной бочки. Выполнена серия вычислительных экспериментов, с помощью которых исследована точность конечно-элементного решения для процесса осадки при различной степени дискретизации расчетной области. На основе полученных результатов проведено численное моделирование следующих технологических этапов: штамповки заготовки с помощью деформирующих инструментов и ее разгрузки. Как и в случае осадки, в заготовке остаются значительные остаточные напряжения, связанные с неоднородностью пластических деформаций, возникающих при штамповке исследуемого тела. Расчет осуществлен в рамках теории пластического течения в приращениях с помощью конечно-элементного программного продукта SIMULIA/Abaqus с использованием пошаговой процедуры и метода Ньютона-Рафсона для решения упругопластической задачи на каждом шаге.
Большие пластические деформации, напряженно-деформированное состояние, конечно-элементное моделирование, обработка металлов давлением, стальная заготовка
Короткий адрес: https://sciup.org/14320744
IDR: 14320744 | УДК: 539.5 | DOI: 10.7242/1999-6691/2014.7.4.43
Numerical modeling of the process of pressing steel billet
The study is concerned with numerical modeling of the process of pressing of a steel billet (steel 30HGSA). The initial billet had a form of octahedral truncated pyramid. The modeling process was carried out in accordance with a manufacturing scheme that involves the upset forging of a billet (pyramid) uniformly heated to a predetermined temperature, its unloading, pressing using special tools (stand and punching die) in a direction perpendicular to the previous one, and subsequent unloading upon completion of the process. Using the Ramberg-Osgood equation and the reference data on the mechanical properties of steel 30HGSA at temperature 500ºС, the deformation curve was plotted. The stress-strain state of the billet and its forming were determined at each stage of the forming operation with account for large plastic deformations and material’s nonlinear properties. In compliance with the manufacturing scheme, a solution to the nonlinear elastic-plastic problem dealing with the study of the upset forging of a steel billet and its subsequent unloading was found. It was established that after unloading of the billet the plastic strain rate remains practically unchanged (because of small elastic deformations), while the resultant stress varies considerably. The lateral surface of the body at the end of the upset forging (by 29.3%) had the form of a convex full roll. A series of computational experiments was performed to study the accuracy of the finite element solutions for the process of upset forging of the billet at different degrees of discretization of the computational domain. The results obtained were used for numerical modeling of the following operating steps: pressing of the billet with the aid of deformation tools and its unloading. As in the case of upset forging, in the billet there remain significant residual stresses related to the inhomogeneity of plastic deformations occurred during the pressing of the body under study. All simulations were performed in the framework of increments plastic flow theory, using the finite element software SIMULIA/Abaqus with a step-by-step procedure and the Newton-Raphson method for solving the elastic-plastic problem at each step.
Список литературы Моделирование процесса прессования стальной заготовки
- Павлов И.М., Федосов Н.М., Северденко В.П., Тарновский И.Я., Ланге Б.Л., Охрименко Я.М. Обработка металлов давлением/Под ред. И.М. Павлова. -М.: Металлургиздат, 1955. -484 с.
- Целиков А.И., Никитин Г.С., Рокотян С.Е. Теория продольной прокатки. -М.: Металлургия, 1980. -320 с.
- Губкин С.И. Пластическая деформация металлов. Т. 1. Физико-механические основы пластической деформации. -М.: Металлургиздат, 1961. -306 с.
- Зуев М.И., Култыгин В.С., Виноград М.И., Остапенко А.В., Любинская М.А., Дзугутов М.Я. Пластичность стали при высоких температурах. -М.: Металлургиздат, 1954. -104 с.
- Полухин П.И., Гун Г.Я., Галкин А.М. Сопротивление пластической деформации металлов и сплавов. Справочник. -М.: Металлургия, 1976. -488 с.
- http://metallicheckiy-portal.ru/marki_metallov/stk/30XGSA (дата обращения: 01.12.2014).
- Третьяков А.В., Зюзин В.И. Механические свойства металлов и сплавов при обработке давлением. -М.: Металлургия, 1973. -224 с.
- Банкина О.С., Дзюба A.C., Хватан A.M. Метод построения диаграмм деформирования «s -e» по справочным механическим характеристикам материала//Труды ЦАГИ. -2000. -№ 2639. -С. 36-38.
- Bruhn E.F. Analysis and design of flight vehicle structures. -USA: Jacobs Publishing Inc., 1973. -650 p.
- Салихова Н.К. Расчет напряженно-деформированного состояния стального слитка в процессе осадки при больших деформациях//Теория и практика современной науки. Материалы XV Международной научно-практической конференции, Москва, 8-9 октября 2014. -Москва, 2014. -C. 102-109.
