Розробка моделі для врахування розміцнення сталі для моделювання процесів багатоперехідного гарячого штампування

Анотація

Марков О. Є., Молодецький В. В., Зінській В. М., Алдохін М. Д., Мусорін А. В.
Розробка моделі для врахування розміцнення сталі для моделювання процесів багатоперехідного гарячого штампування 

Технологічні процеси багато перехідного гарячого об’ємного штампування потребують оптимізації технологічних режимів задля зниження силових параметрів процесів деформування. Це обумовлено зниженням енергетичних витрат при серійному виробництві крупногабаритних штамповок масою від 20 до 100 кг. Знизити силові параметри багатоперехідних процесів штампування можливо за рахунок точного встановлення та зниження рівня напружень, які виникають у заготовці під час її деформації. Штампування крупногабаритних поковок у серійному виробництві є дороговартісним процесом, тому ці технологічні процеси вимагають проведення скінчено-елементного моделювання та аналізу напруженого стану металу заготовки та силових режимів деформування на кожному переході. Це моделювання потребує точного визначення напруженого стану заготовки під час штампування. Спираючись на аналізу літератури за останній час було визначено, що основний метод при моделюванні штампування крупногабаритних поковок проводився з використанням методу скінчених елементів (МСЕ). В основному приділяли увагу зміненню форми заготовки у процесі штампування за новими способами та впливу форми деформуючого інструменту на розподіл деформацій у тілі заготовки. Відомі програмні комплекси задля моделювання процесів гарячого штампування на основі МСЕ не мають можливості враховувати процеси розміцнення матеріалу, що відбувається при високотемпературній деформації. Це викликано відсутністю моделі, які зв’язує швидкості деформацій та компоненти напружень для урахування процесів розміцнення. Облік релаксації внутрішніх напружень дозволить встановити скорегований напружений стан металу заготовки та силові характеристики операцій штампування. У статті представлено, що при розрахунку операцій штампування слід приймати до уваги не тільки процеси зміцнення сталі, але й розміцнення матеріалу, що має місце у процесах гарячого багатоперехідного штампування. На базі пружно-в’язкої моделі Максвелла був визначений зв'язок тензору швидкостей деформацій та напружень. Ця модель може враховувати релаксацію внутрішніх напружень. Встановлена аналітична модель була перевірена експериментально на сталі С-60 при температурах гарячого штампування. Доведено, що встановлена модель на 90…95 % відтворює реологію сталі при гарячому штампуванні. Встановлений аналітичний зв'язок тензорів напружень та швидкостей деформації дозволив проводити прямий чисельний розрахунок процесів багатоперехідного штампування без додаткових ітераційних процедур МСЕ. Це дало можливість точніше враховувати дійсні характеристики сталі, що значно знизило чисельність ітерацій, а відповідно і час моделювання.