РОЗВИТОК НАУКОВИХ ОСНОВ КОМП’ЮТЕРНОГО МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСІВ ГАРЯЧОГО ДЕФОРМУВАННЯ

УДК:621.321

DOI:10.25140/2411-5363-2019-1(15)-31-40

Автор:

Герасименко Олексій Васильович , Донбаська державна машинобудівна академія (вул. Академічна, 72, м. Краматорськ, 84313, Україна)

Марков Олег Євгенійович, Донбаська державна машинобудівна академія (вул. Академічна, 72, м. Краматорськ, 84313, Україна)

Мова статті: українська

Анотація:

Актуальність теми дослідження. Технологічні процеси кування великогабаритних поковок відповідального призначення потребують точного встановлення технологічних режимів процесу деформування. Це потрібно для забезпечення високої якості та оптимальних витрат при виготовленні виробів вагою від 20 до 200 тон. Оптимальні технологічні режими кування можна встановити на основі даних напружено-деформованого стану заготовки при куванні.

Постановка проблеми. Кування великих поковок є дрібносерійним та одиничним видом дороговартісного виробництва з низькою ліквідністю, тому ці процеси потребують попереднього скінчено-елементного моделювання напружено-деформованого стану та силових параметрів кування. Моделювання повинно дозволяти точно встановлювати напружено-деформований стан заготовки в процесі кування.

Аналіз досліджень і публікацій. На основі аналізу публікацій за останні роки було встановлено, що основну увагу при моделюванні процесів кування великих поковок методом скінчених елементів приділяли формозміненню заготовки при використанні нових способів кування та деформуючого інструменту.

Виділення недосліджених частин загальної проблеми. Існуючі програмні пакети для моделювання процесів гарячого деформування на основі методу скінченних елементів не дозволяють враховувати процеси релаксації напружень, які відбуваються при температурах рекристалізації. Це пов’язано з відсутністю аналітичного зв’язку компонент швидкостей деформацій та напружень, які б враховували цю релаксацію. Врахування релаксації напружень дозволить точніше встановлювати напружений та деформований стан заготовки, а отже, енергосилові параметри процесу кування.

Метою статті є встановлення аналітичного зв’язку компонент тензорів напружень та швидкостей деформації, який би враховував релаксацію напружень при реалізації операцій гарячого деформування, що дозволить підвищити точність визначення напружено-деформованого стану та силові параметри процесів кування великогабаритних поковок.

Виклад основного матеріалу. У роботі показано, що при моделюванні процесів кування та штампування необхідно враховувати не тільки процеси зміцнення матеріалу, але й релаксацію напружень, які відбуваються при гарячій обробці. На основі в’язко-пружної моделі Максвелла був встановлений зв’язок компонент тензору швидкостей деформацій та напружень. Розроблена модель дозволяє враховувати релаксацію напружень металу під час гарячої деформації. Отримана математична модель перевірялась експериментом на різних сталях при різних температурах деформування.

Висновки і пропозиції. Експериментально встановлено, що розроблена модель на 90…93 % описує реологію металу при гарячому деформуванні. Установлений зв’язок компонент швидкостей деформацій та напружень дозволив одержувати прямий чисельний розв’язок завдань пластичного деформування без ітераційних процедур МСЕ з урахуванням реальних властивостей металу при деформації, що суттєво зменшує кількість ітерацій та час розрахунків.

Ключові слова:

гаряча деформація; зміцнення; розміцнення; релаксація напружень; МСЕ; крива зміцнення.

Список використаних джерел:

1. Improving the quality of forgings based on upsetting the workpieces with concave facets / O. E. Markov, V. N. Zlygoriev, O.V. Gerasimenko, N.S. Hrudkina, S.A. Shevtsov. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2018. № 5(1-95). Р. 16-24. DOI: http://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.142674.

2. Buckingham R. C., Argyrakis C., Hardy M. C., Birosca S. The effect of strain distribution on microstructural developments during forging in a newly developed nickel base super alloy. Materials Science & Engineering. 2016. №A654. Р. 317-328. DOI: http://doi:10.1016/j.msea.2015.12.042.

3. The effect of forging temperature on microstructure and mechanical properties of in situ TiC/Ti composites / F. Ма, W. Lu, J. Qin, D. Zhang, B. Ji. Mater. аnd Des. 2007. № 28. Р. 1339-1342. DOI: http://doi:10.1016/j.matdes.2006.02.004.

4. Ma Q., Lin Z., Yu Z. Prediction of deformation behavior and microstructure evolution in heavy forging by FEM. International Journal Advanced Manufactory Technology. 2009. № 40 (3-4). Р. 253-260. DOI: http://dx.doi.org/10.1007/s00170-007-1337-9.

5. Pantalé, O., Gueye, B. Influence of the constitutive flow law in FEM simulation of the radial forging process. Journal of Engineering. 2013. Article ID 231847, Р. 8. DOI: http://dx.doi.org/ 10.1155/2013/231847.

6. Yunjian W., Xianghuai D., Qiong Y. Upper bound analysis of axial metal flow inhomogeneity in radial forging process. International Journal of Mechanical Sciences. 2015. № 93. Р. 102–110. DOI: http://doi:10.1016/j.ijmecsci.2015.01.012.

7. Development of alternative technology of dual forming of profiled workpiece obtained by buckling / V. Kukhar, V. Burko, A. Prysiazhnyi, E. Balalayeva, M. Nahnibeda. East-European Journal of Enterprise Technology. 2016. № 3/7(81). Р. 53–61. DOI: https://doi:10.15587/1729-4061.2016.72063.

8. Dobrzański L. A., Grajcar A., Borek W. Influence of hot-working conditions on a structure of high-manganese austenitic steels. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering. 2008. № 29/2. Р. 139–142.

9. Weides, G., Blaes, N., Bokelmann, D. Optimisation of the forging process of profiled discs for low pressure turbine rotors by FEM simulation. 17 International Forgeмasters Meeting, Santander, Spain, (3-7 Nov. 2008).

10. Erman E., Medei N. M., Roesch A. R., Shah, D. C. Physical modeling of the upsetting process in open-die press forging. J. Mech. Working Tech. 1989. № 19. Р. 195–210. DOI: http://doi:10.1016/ 0378-3804(89)90004-1.

11. Markov, O.E. et al. Development of a new process for forging plates using intensive plastic deformation. International Journal Advanced Manufactory Technology. 2016. №83(9-12). Р. 2159–2174. DOI: http://doi.org/10.1007/s00170-015-8217-5.

12. Kitamura K., Terano M. Determination of local properties of plastic anisotropy in thick plate by small-cube compression test for precise simulation of plate forging. CIRP Ann - Manuf Techn. 2014. № 63 (1). Р. 293–296. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.cirp.2014.03.038.

13. Markov O. E. Forging of Large Pieces by Tapered Faces. Steel in Translation. 2012. № 42 (12). Р. 808–810. DOI: https://doi.org/10.3103/S0967091212120054.

14. Mitani Y., Mendoza V., Osakada K. Analysis of rotor shaft forging by rigid-plastic FEM. Journal Material Processes Technology. 1991. № 27. Р. 137–149. DOI: http://doi:10.1016/0924-0136(91)90049-K.

15. Markov, O.E. et al. А new process for forging shafts with convex dies. Research into the stressed state. International Journal Advanced Manufactory Technology. 2017. № 90. Р. 801–818. DOI: http://doi.org/10.1007/s00170-016-9378-6.

Завантажити