Метод построения кривых текучести и пластичности при трехмерном моделировании процессов холодной резки на ножницах

Abstract

На основании известных экспериментальных зависимостей и их аппроксимаций разработан простой и эффективный метод построения кривых текучести и пластичности. Предложено при построении кривых текучести и пластичности материала использовать результаты испытаний на растяжение. Так кривые текучести предложено строить на основании значений предела текучести и предела прочности материала, относительного удлинения при разрыве, а также с учетом скорости деформации. Кривые пластичности материала предложено получать с учетом величины относительного удлинения при разрыве. Приведено описание и характерные особенности трехмерных математических моделей процесса резки параллельными ножами, разработанных на базе метода конечных элементов в программном комплексе Abaqus. Описаны конструкции и основные параметры трех экспериментальных лабораторных установок, на которых были получены практические зависимости силы резки параллельными ножами с указанием конкретных механических свойств материала и размеров сечения разрезаемых образцов. Представлены в сравнении графические зависимости силы резки по результатам математического моделирования и экспериментальным данным. Отмечено, что предложенный метод построения кривых текучести и пластичности при трехмерном моделировании процессов холодной резки на ножницах позволяет получать удовлетворительные результаты энергосиловых и кинематических параметров процесса. Коэффициент корреляции между смоделированными и экспериментальными зависимостями превысил 0,8. В экстремуме отклонения максимальных значений силы резки по результатам моделирования от экспериментальных значений не превысили ±15 %, а величина относительного внедрения до скола находилась в пределах ±5 %. Сделан вывод, что предложенный метод будет способствовать развитию математического моделирования процессов резки на ножницах и углублению представлений о процессах, протекающих в металле. Результаты работы могут быль полезны при исследовании процессов холодной резки на ножницах в прокатном производстве, а также при разработке практических рекомендаций по их эксплуатации и при принятии конструкторских и технологических решений.

On the grounds of well-known experimental dependences and their approximations simple and effective method for constructing stress-strain and damage curves has been developed. It is offered to use the results of tensile tests in the construction of the stress -strain and damage curves of the material. Thus, it has been offered to build the stress-strain curves based on the values of the yield strength and tensile strength of the material, the elongation at fracture, and also taking into consideration the strain rate. The damage curves of the material is offered to receive in a view of the elongation at fracture. There are presented a description and characteristic features of three-dimensional mathematical models of the shearing process with parallel knives, which was developed on the basis of the finite element method in the Abaqus software package. The constructions and main parameters of three experimental laboratory installations are described, on which practical dependences of the shearing force by parallel knives were obtained, indicating the specific mechanical properties of the material and the dimensions of the shearing cross-section. Graphic dependences of the shearing force according to the results of mathematical modeling and experimental data are presented in comparison. It is noted that the offered metho d for constructing stress-strain and damage curves for three-dimensional modeling of cold shearing processes on shears allows to obtain satisfactory results of energy-power and kinematic parameters of the process. The correlation coefficient between the simulated and experimental dependences exceeded 0.8. The deviations of the maximum values of the shearing force in the extremum, according to the simulation results from the experimental values did not exceed ± 15 %, and the relative penetration to the cleavage was within ± 5 %. The conclusion is made that offered method will promote development of mathematical modeling of shearing processes on shears and deepen the understanding of the processes occurring in the metal. The results of the work can be useful at processes research of cold shearing processes on shears in the rolling industry, as well as in the development of practical recommendations for their operation and in making design and technological decisions.