Расчет формы инструмента для раздачи средней части трубы по жесткой матрице

Автор: Бормотин К.С., Потянихин Д.А., Мин Ко Хлайнг, Синельщиков А.А.

Журнал: Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика @vestnik-pnrpu-mechanics

Статья в выпуске: 2, 2023 года.

Бесплатный доступ

В современном машиностроении в целом и в авиастроении в частности большое количество деталей получают листовой штамповкой. Для изготовления элементов гидрогазовых систем летательных аппаратов часто применяются формообразующие операции, в которых жидкости и резиноподобные материалы служат рабочей средой, передающей усилие прессования деформируемой заготовке. В настоящей работе рассматривается процесс раздачи средней части трубчатой заготовки из титанового сплава ОТ4-1. Внутреннее давление на трубчатую заготовку определяется действием рабочего тела при сжатии. Одним из значительных недостатков холодной листовой штамповки является пружинение материала после извлечения из оснастки. Поэтому форма матрицы, используемой для технологического процесса раздачи, должна задавать упреждающую форму трубчатой заготовки, обеспечивающую требуемую остаточную форму после разгрузки. Для определения такой формы матрицы формулируется и решается обратная задача. Реализация метода решения обратной задачи выполнена в системе MSC.Marc. Для осесимметричной формы детали используется двумерная постановка задачи. В случае тонкостенных конструкций моделирование процесса формообразования выполняется в условиях пластичности с учетом малых деформаций, но больших перемещений и поворотов (общая Лагранжева формулировка). Решение обратной контактной задачи формообразования находится итерационным методом, который построен на основе квазистатического вариационного принципа. Данный алгоритм решения обобщается на трехмерные задачи, когда деталь имеет неосесимметричную форму, в частности эллипсоидальную, тройник и т.д. В результате решения обратной контактной задачи формообразования трубчатой заготовки итерационным методом была определена требуемая геометрия жесткой матрицы. Сравнение численных результатов с проведенным натурным экспериментом показало удовлетворительное совпадение. Таким образом, представленный метод и его реализация в CAE-системе дает возможность проектировать оснастку на стадии подготовки производства.

Еще

Обратная задача, итерационный метод, раздача труб, упругость, пластичность, формообразование, метод конечных элементов, двумерная постановка, трехмерная постановка, сходимость

Короткий адрес: https://sciup.org/146282659

IDR: 146282659 | DOI: 10.15593/perm.mech/2023.2.10

Список литературы Расчет формы инструмента для раздачи средней части трубы по жесткой матрице

Афанасьев А.Е., Каргин В.Р., Каргин Б.В. Компьютерный анализ процесса раздачи труб прессованием // Интернет-журнал Науковедение. - 2016. - Т. 8, № 2(33). - С. 97.
Высокоэффективные технологические процессы изготовления элементов трубопроводных и топливных систем летательных аппаратов / В. А. Барвинок, А. Н. Кирилин, А.Д. Комаров, В.К. Моисеев, В.П. Самохвалов, Ю.В. Федотов. - М.: Наука и технологии, 2002. - 393 с.
Веселов А.А. Определение размеров концов труб после раздачи методом пластического деформирования // Морской вестник. - 2012. - № 1(41). - С. 15-16.
Громова Е.Г., Еськина Е.В., Шаров А.А. Исследование процесса стесненного изгиба листовых деталей с использованием полиуретана методом конечно-элементного моделирования // Проблемы машиностроения и автоматизации. - 2011. -№ 3. - С. 86-90.
Каргин В.Р., Афанасьев А.Е., Каргин Б.В. Влияние противодавления при прямом прессовании труб с раздачей // Интернет-журнал Науковедение. - 2016. - Т. 8. - № 6(37). - С. 9.
Кондратенко Л.А., Миронова Л.И. Образование остаточных напряжений при раздаче стальных труб // Проблемы машиностроения и автоматизации. - 2019. - № 1. - С. 58-63.
Кузнецов С.В. Влияние поперечных сил на качество деталей, получаемых методами листовой штамповки // Труды НГТУ им. Р.Е. Алексеева. - 2014. - № 5(107). - С. 438-442.
Стесненный изгиб в холодной листовой штамповке эластомером / В.Г. Кулаков, В.К. Моисеев, А.А. Шаров, О.В. Ломовский, А.Н. Плотников // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. - 2013. - Т. 15, № 6-4. - С. 855-860.
Марьин С.Б. Изготовление деталей из труб давлением эластичных и сыпучих сред для гидрогазовых систем летательных аппаратов // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. - 2011. - Т. 13, № 4-2. - С. 416-419.
Непершин Р.И. Раздача тонкостенной трубы пуансоном с криволинейным профилем // Проблемы машиностроения и надежности машин. - 2010. - № 1. - С. 80-88.
Орлов Г.А., Котов В.В., Орлов А.Г. Компьютерное моделирование поведения разностенных труб под внутренним давлением // Металлург. - 2017. - № 2. - С. 18-21.
Моделирование операции раздачи трубных заготовок / Е.Н. Сосенушкин, Е.А. Яновская, Д.В. Хачатрян, И.Е. Смолович, В.Ю. Киндеров // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. - 2013. - № 3. - С. 618-631.
Феоктистов С.И., Чжо З.С. Определение предельного коэффициента раздачи по FLD-диаграммам // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. - 2019. - № 9. - С. 3-7.
Феоктистов С.И., Чжо З.С. Определение технологических возможностей титановых и алюминиевых сплавов при раздаче // Ученые записки Комсомольского -на-Амуре государственного технического университета. - 2019. - Т. 1, № 1(37). - С. 4-9.
Ahmad Omar, Asim Tewari, Narasimhan K. Effect of bulge ratio on the deformation behavior and fracture location during welded steel tube hydroforming process // Results in Materials. -2020. - Vol. 6. - 100096.
Tube hydroforming: current research, applications and need for training / M. Ahmetoglu, K. Sutter, X.J. Li, T. Altan // Journal of Materials Processing Technology. - 2000. - Vol. 98. - P. 224-231.
Expansion and reduction of thin-walled tubes using a die: Experimental and theoretical investigation / B.P.P. Almeida, ML. Alves, P.A.R. Rosa, A.G. Brito, P.A.F. Martins // International Journal of Machine Tools & Manufacture. - 2006. - Vol. 46, iss. 12-13. - P. 1643-1652.
Alves L.M., Martins P.A.F. Cold expansion and reduction of thin-walled PVC tubes using a die // Journal of Materials Processing Technology. - 2009. - Vol. 209. - P. 4229-4236.
Alves L.M., Leitao P.M.F., Martins P.A.F. Elastomerassisted compression beading of tubes // Proc IMechE Part B: J Engineering Manufacture. - 2014. - Vol. 228(7). - P. 744-756.
Anisotropic effects in the compression beading of aluminum thin-walled tubes with rubber / L. Belhassen, S. Koubaa, M. Wali, F. Dammak // Thin-Walled Structures. - 2017. -Vol. 119. - P. 902-910.
Bulge hydroforming of tube by rubber mandrel without axial feed: experiment and numerical simulation / Faisal Qayyum, Masood Shah, Saad Ali, Umar Ali // Proceedings of the First International Symposium on Automotive and Manufacturing Engineering. - 2015. - Vol. 1. - P. 19-26.
Nosrati G.H., Gerdooei M., Naghibi F.M. Experimental and numerical study on formability in tube bulging: A comparison between hydroforming and rubber pad forming // Materials and Manufacturing Processes. - 2017. - Vol. 32, iss. 12. -P. 1353-1359.
Girard A.C., Grenier Y.J., Mac Donald B.J. Numerical simulation of axisymmetric tube bulging using a urethane rod // Journal of Materials Processing Technology. - 2006. - Vol. 172. -P. 346-355.
Pipan J., Kosel F. Numerical simulation of rotational symmetric tube bulging with inside pressure and axial compression // Int. J. of Mechanical Sciences. - 2002. - Vol. 44, iss. 3. - P. 645-664.
Kim S., Kim Y. Analytical study of tube hydroforming // Journal of Materials Processing Technology. - 2002. - Vol. 128, iss. 1-3. - P. 232-239.
The forming of axisymmetric and asymmetric components from tube / M.E. Limb, J. Chakrabarty, S. Garber, P.B. Mel-lor // Proceedings of the Fourteenth International MTDR Conference. - 1974. - P. 799-805.
Thiruvarudchelvan S., Travis F.W. Tube Bulging with a urethane rod // Journal of Materials Processing Technology. -1990. - Vol. 23. - P. 195-209.
Потянихин Д.А., Синельщиков А.А., Мин Ко Хлайнг. Моделирование напряжённо-деформированного состояния трубчатой заготовки при раздаче средней части по жёсткой матрице // Морские интеллектуальные технологии. - 2021. -№ 2-2 (52). - С. 105-110.
Maryin S.B., Aung P.W. Working body for deformation of thin-walled pipe billets // Materials Science Forum. - 2019. -Vol. 945. - P. 628-633.
Метод решения обратной задачи раздачи средней части трубы для расчёта формы штампа / К.С. Бормотин, Д. А. Потянихин, А. А. Синельщиков, Мин Ко Хлайнг, И.Н. Журбина // Ученые записки Комсомольского-на-Амуре государственного технического университета. - 2022. - № 5(61). - С. 40-45.
Исследование процесса раздачи средней части трубной заготовки с подпором / С.Б. Марьин, Г.А. Щербатюк, В. Д. Кириллин, М.И. Пак // Учёные записки Комсомольского-на-Амуре государственного технического университета. Науки о природе и технике. - 2021. - № 7 (55). - С. 73-78.
Феоктистов С.И., Андрианов И.К., Лин Х. Моделирование напряжённо-деформированного состояния толстостенных цилиндрических оболочек с учётом физической нелинейности материала // Учёные записки Комсомольского-на-Амуре государственного технического университета. Науки о природе и технике. - 2022. - № 3 (59). - С. 12-20.
Феоктистов С.И., Андрианов И.К., Лин Х. Определение напряжённо-деформированного состояния при формоизменении цилиндрических труб с использованием конической оснастки // Учёные записки Комсомольского-на-Амуре государственного технического университета. Науки о природе и технике. - 2022. - № 3 (59). - С. 4-11.
Бормотин К.С., Вин Аунг. Метод решения обратной задачи в процессе обтяжки панели // Вестник Чувашского государственного педагогического университета им. И.Я. Яковлева. Серия: Механика предельного состояния. -2018. - № 3 (37). - С. 47-57.
Бормотин К.С. Метод решения обратных задач неупругого деформирования тонкостенных панелей // Вычислительные методы и программирование. - 2017. - Т. 18. -C. 359-370.
Коробейников C.H. Нелинейное деформирование твёрдых тел. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2000. - 262 с.
Wriggers P. Computational contact mechanics. - Heidelberg: Springer, 2006.
Бормотин К.С., Белых С.В., Вин А. Математическое моделирование обратных задач многоточечного формообразования в режиме ползучести с помощью реконфигурируемо-го устройства // Вычислительные методы и программирование. - 2016. - Т. 17, № 3. - С. 258-267.
Marc 2021, Vol A: Theory and User Information, MSC.Software Corporation [Электронный ресурс]. - URL: http://www.mscsoftware.com/product/marc (дата обращения: 10.03.2023).

Еще

Статья научная