Численное моделирование потери устойчивости трубной заготовки при раздаче соединительных переходников

Abstract

Приводятся результаты конечно-элементного моделирования процесса раздачи трубной заготовки коническим пуансоном. Показано, что раздача получила широкое распространение в инженерной практике и предназначена для увеличения диаметра любой части цилиндрической заготовки, применяется для приращения диаметра концов труб, которые выступают в роли соединительных элементов топливной, теплообменной и воздушной трубопроводных систем автомобилей, судов и сельскохозяйственной техники. Приведены эмпирические критерии потери устойчивости заготовки с образованием поперечной кольцевой складки. Процесс моделировался согласно данным критериям для визуализации потери устойчивости и проверки работоспособности данной модели. Было сделано предположение, что потеря устойчивости заготовки во время раздачи вблизи участка свободного изгиба объясняется действием изгибающих моментов на границе этого участка, способствующих увеличению диаметра заготовки. На их величину значительное влияние оказывает геометрия инструмента (угол конуса пуансона), условия трения на контактном участке между инструментом и заготовкой и геометрические характеристики оболочки. Также проводились измерения зоны начала возникновения гофры и результаты сравнивались с существующими методами расчета. Данные исследования показали не достаточную правомерность аналитической модели для прогнозирования складкообразования. Установлено, что применяемые в инженерной практике критерии потери устойчивости второго вида удовлетворительно согласуются с результатами данного моделирования, а значит задача в такой постановке и численный расчет может быть вполне адаптирован для анализа напряженно - деформированного состояния аналогичных процессов формообразования. Вопрос о преимущественном влиянии изгибающего момента, действующего в меридиональном направлении, на возникновение поперечного гофра остается открытым и требует дальнейших исследований.

Results of finite-element simulation of process of pipe blank distribution with conical punch are given. It has been shown that distribution has become widespread in engineering practice and is intended to increase the diameter of any part of the cylindrical blank, is used to increment the diameter of pipe ends, which act as connecting elements of fuel, heat exchange and air pipeline systems of automobiles, ships and agricultural machinery. Empirical criteria of billet stability loss with formation of transverse circular fold are given. The process was modeled according to these criteria to visualize the loss of stability and verify the operability of the model. It has been suggested that the loss of stability of the workpiece during dispensing in the vicinity of the free bend portion is due to the action of bending moments at the boundary of that portion contributing to the increase in the diameter of the workpiece. Their magnitude is significantly influenced by tool geometry (punch cone angle), friction conditions at the contact area between the tool and workpiece, and shell geometric characteristics. There were also measurements of the area where the corrugation began and the results were compared with existing calculation methods. These studies showed insufficient validity of the analytical model for prediction of folding formation. It has been established that the stability loss criteria of the second type used in engineering practice are satisfactorily consistent with the results of this simulation, and therefore the task in such a setting and numerical calculation can be quite adapted for analysis of stress-deformed state of similar forming processes. The question of the advantageous effect of the bending moment acting in the meridian direction on the occurrence of the transverse corrugation remains open and requires further research.