Моделирование вытяжки цилиндрической детали без прижима фланца заготовки из изотропного и анизотропного металла

Abstract

Рассматривается вопрос вытяжки цилиндрической детали без прижима фланца плоской заготовки в виде численного моделирования с помощью программного комплекса "Simullia Abaqus". При этом моделируется изотропный и анизотропный листовой металл с целью выявления особенностей их деформирования и правомерности допущений в аналитических моделях об изотропности материала. Показано, что распределение напряжений и деформаций для анизотропной и изотропной заготовки носит идентичный характер. Для проведения качественного анализа процессов вытяжки достаточно ограничится изотропной моделью металла. Это значительно упростит получаемые аналитические выражения и время для интерпретации результатов. Для уточнения решений необходимо в математических моделях учитывать анизотропию листовой заготовки, что даст возможность выявить зоны повышенной прочности и пластичности заготовки, а также количественно прогнозировать утонение в опасном сечении. Показано, что начальная анизотропия увеличивает коэффициент жесткости схемы напряженного состояния. Это приводит к ухудшению условий деформирования и исчерпанию ресурса пластичности раньше, чем для изотропной заготовки. В тоже время возникновение гофров сопровождается перемещениями и поворотами материальных точек изначально плоской заготовки, однако для анизотропной заготовки эти смещения развиваются быстрее по ходу формообразования, но разрушение заготовки может наступить позже ввиду большей прочности заготовки по толщине в сравнении с прочностью в плоскости листа. Трехмерное моделирование позволило исследовать распределение нормальных напряжений, действующих по толщине заготовки. На радиусах закругления пуансона и дне заготовки действуют сжимающие напряжения, во фланце и стенках – растягивающие. Установлено, что что увеличение прочности по толщине заготовки в виде увеличения модуля упругости первого рода позволило уменьшить деформацию анизотропной заготовки в опасном сечении. Для увеличения степени деформации при вытяжке за один переход необходимо выбирать металл с усиленными показателями прочности по толщине или проводить предварительную подготовку листового металла перед формообразованием. Это даст возможность уменьшить толщину заготовки без потери прочности конечного изделия и, тем самым, снизить металлоемкость сборочной единицы.

The issue of drawing a cylindrical part without pressing the flange of a flat workpiece in the form of numerical simulation using the software package "Simullia Abaqus" is considered. In this case, isotropic and anisotropic sheet metal is modeled in order to identify the features of their deformation and the validity of assumptions in the analytical models of the isotropy of the material. It is shown that the distribution of stresses and strains for anisotropic and isotropic billets is identical. To conduct a qualitative analysis of the drawing processes, it is sufficient to limit itself to an isotropic metal model. This will greatly simplify the resulting analytical expressions and the time for interpreting the results. To clarify the solutions, it is necessary in mathematical models to take into account the anisotropy of the sheet stock, which will make it possible to identify areas of increased strength and ductility of the workpiece, as well as quantitatively predict thinning in a dangerous section. It is shown that the initial anisotropy increases the stiffness coefficient of the stress state scheme. This leads to a worsening of the deformation conditions and the exhaustion of the ductility resource earlier than for an isotropic billet. At the same time, the appearance of corrugations is accompanied by displacements and rotations of material points of the initially flat billet, however, for anisotropic billet, these displacements develop faster along the course of forming, but destruction of the billet may occur later due to the greater strength of the billet in thickness in comparison with the strength in the sheet plane. Three-dimensional modeling allowed us to study the distribution of normal stresses acting across the thickness of the workpiece. At the radii of curvature of the punch and the bottom of the workpiece, compressive stresses act, in the flange and walls - tensile stresses. It was established that an increase in the strength over the thickness of the workpiece in the form of an increase in the elastic modulus of the first kind made it possible to reduce the deformation of the anisotropic workpiece in a dangerous section. To increase the degree of deformation during drawing in one transition, it is necessary to choose a metal with enhanced strength indicators for thickness or to carry out preliminary preparation of sheet metal before shaping. This will make it possible to reduce the thickness of the workpiece without losing the strength of the final product and, thereby, reduce the metal consumption of the assembly unit.