Оценка многоэтапного технологического процесса холодной листовой штамповки тонкостенного сосуда с точки зрения предельных деформаций

  • Александр Владимирович Казанцев Пермский национальный исследовательский политехнический университет
  • Илья Эрнстович Келлер Институт механики сплошных сред УрО РАН
Ключевые слова: многоэтапный технологический процесс, холодная листовая штамповка, численный расчёт, пластичность, предельные деформации, оценка

Аннотация

Выполнена оценка многоэтапного процесса холодной штамповки тонкостенного стального сосуда с учётом технологической наследственности. Качество изделия связывается с остаточным ресурсом пластичности, то есть с удалённостью его деформированного состояния от кривой предельных деформаций. Для расчёта процесса используется модель больших пластических деформаций анизотропной оболочки, учитывающая динамику и контактное взаимодействие с инструментом, численно реализованная в пакете LS-DYNA®. Использованы имеющиеся в библиотеке пакета закон пластического течения анизотропного листа, ассоциированный с функцией текучести Барлата Yld 2000-2d со степенным изотропным деформационным упрочнением, потенциал Пенга-Ландела нелинейно-упругого поведения полиуретанового штампа и закон трения Кулона для описания контактного взаимодействия изделия с инструментом. Материальные константы малоуглеродистой листовой стали DC04EK толщиной 0,7 мм и полиуретана СКУ-ПФЛ определены ранее по данным экспериментов. Кривая предельных деформаций построена по искажению координатной сетки вблизи зон локализации деформации и разрушения сосуда в технологическом процессе, из которого исключён промежуточный отжиг, и по результатам теста на разрушение при одноосном растяжении. Исследуются особенности траекторий деформации в контрольных точках боковой поверхности изделия на каждом этапе технологического процесса, состоящего из последовательности операций вытяжки, раздачи и ссаживания. Расчёты траекторий подтверждены экспериментом на прессовом оборудовании, используемом в качестве испытательного. Установлено, что операция раздачи заготовки после её вытяжки быстро приближает материал к предельному состоянию и требует предварительного восстановления ресурса пластичности путём отжига. Отмечается перспективность технологий штамповки с меньшими степенями раздачи и с большими степенями ссаживания, способных сохранять ресурс пластичности без промежуточного отжига.

Литература


  1. Banabic D. Sheet metal forming processes. Constitutive modelling and numerical simulation. Springer, 2010. 301 p. https://doi.org/10.1007/978-3-540-88113‒1

  2. Hu P., Ma N., Liu L., Zhu Y. Theories, methods and numerical technology of sheet metal cold and hot forming. Analysis, simulation and engineering applications. Springer, 2013. 210 p. https://doi.org/10.1007/978-1-4471-4099-3

  3. Bruschi S., Altan T., Banabic D., Bariani P.F., Brosius A., Cao J., Ghiotti A., Khraisheh M., Merklein M., Tekkaya A.E. Testing and modelling of material behaviour and formability in sheet metal forming // CIRP Annals. 2014. Vol. 63. P. 727‑749. https://doi.org/10.1016/j.cirp.2014.05.005

  4. Келлер И.Э., Петухов Д.С., Казанцев А.В., Трофимов В.Н. Диаграмма предельных деформаций при горячей листовой штамповке металлов. Обзор моделей материала, критериев вязкого разрушения и стандартных испытаний // Вестн. Сам. гос. техн. ун-та. Сер. Физ.-мат. науки. 2018. Т. 22, № 3. С. 447-486. https://doi.org/10.14498/vsgtu1608

  5. Bariani P.F., Dal Negro T., Bruschi S. Testing and modelling of material response to deformation in bulk metal forming // CIRP Annals. 2004. Vol. 53. P. 573-595. https://doi.org/10.1016/S0007-8506(07)60030-4

  6. Kim B.J., Van Tyne C.J., Lee M.Y., Moon Y.H. Finite element analysis and experimental confirmation of warm hydroforming process for aluminum alloy // J. Mater. Process. Tech. 2007. Vol. 187-188. P. 296-299. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2006.11.201

  7. Shafaat M.A., Abbasi M., Ketabchi M. Investigation into wall wrinkling in deep drawing process of conical cups // J. Mater. Process. Tech. 2011. Vol. 211. P. 1783-1795. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2011.05.026

  8. Andrade F.X.C., Feucht M., Haufe A., Neukamm F. An incremental stress state dependent damage model for ductile failure prediction // Int. J. Fract. 2016. Vol. 200. P. 127-150. https://doi.org/10.1007/s10704-016-0081-2

  9. Neto D.M., Oliveira M.C., Dick R.E., Barros P.D., Alves J.L., Menezes L.F. Numerical and experimental analysis of wrinkling during the cup drawing of an AA5042 aluminium alloy // Int. J. Mater. Form. 2017. Vol. 10. P. 125-138. https://doi.org/10.1007/s12289-015-1265-4

  10. Khan A.S., Huang S. Continuum theory of plasticity. John Wiley & Sons, 1995. 421 p.

  11. Barlat F., Brem J.C., Yoon J.W., Chung K., Dick R.E., Lege D.J., Pourboghrat F., Choi S.-H., Chu E. Plane stress yield function for aluminum alloy sheets – part 1: theory // Int. J. Plast. 2003. Vol. 19. P. 1297-1319. https://doi.org/10.1016/S0749-6419(02)00019-0

  12. Адамов А.А., Келлер И.Э., Петухов Д.С. Экспериментальная идентификация законов пластичности и разрушения малоуглеродистой листовой стали для моделирования холодной штамповки // ППП. 2019. Т. 81, № 2. С. 202-211. https://doi.org/10.32326/1814-9146-2019-81-2-202-211

  13. LS-DYNA® Keyword user's manual. Volume II. Material models. Version R11.0. LSTC, 2019. 1613 p. https://www.lstc.com/download/manuals

  14. Келлер И.Э., Казанцев А.В., Адамов А.А., Петухов Д.С. Моделирование многоэтапной холодной штамповки тонкостенного сосуда // ППП. 2020. Т. 82, № 1. С. 75-88. https://doi.org/10.32326/1814-9146-2020-82-1-75-88

  15. Maker B.N., Zhu X. Input parameters for springback simulation using LS-DYNA // 6th Int. LS-DYNA Conf. Detroit, USA, April, 2000. 12 p. https://www.dynalook.com/conferences/international-conf-2000/session12-1.pdf/view

  16. Maker B.N., Zhu X. Input parameters for metal forming simulation using LS-DYNA // 3rd European LS-DYNA Conf. Paris, France, June, 2001. 10 p. https://www.dynalook.com/conferences/european-conf-2001/58.pdf/view

  17.  LS-DYNA® Keyword user's manual. Volume I. Version R11.0. LSTC, 2018. 3186 p. https://www.lstc.com/download/manuals

  18. Hill R. A theory of the yielding and plastic flow of anisotropic metals // Proc. R. Soc. Lond. A. 1948. Vol. 193. P. 281-297. https://doi.org/10.1098/rspa.1948.0045

  19. Yoon J.W., Dick R.E., Barlat F. A new analytical theory for earing generated from anisotropic plasticity // Int. J. Plast. 2011. Vol. 27. P. 1165-1184. https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2011.01.002

  20. Chung K., Kim D., Park T. Analytical derivation of earing in circular cup drawing based on simple tension properties // Eur. J. Mech. Solid. 2011. Vol. 30. P. 275-280. https://doi.org/10.1016/j.euromechsol.2011.01.006

  21. Isik K., Silva M.B., Tekkaya A.E., Martins P.A.F. Formability limits by fracture in sheet metal forming // J. Mater. Process. Tech. 2014. Vol. 214. P. 1557-1565. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2014.02.026

  22. ISO 12004-2:2008. Metallic materials – Sheet and strip – Determination of forming-limit curves – Part 2: Determination of forming limit curves in the laboratory. International Organization for Standardization, 2008. 27 p. https://www.iso.org/standard/43621.html

  23. Graf A., Hosford W.F. Effect of changing strain paths on forming limit diagrams of Al 2008-T4 // MTA. 1993. Vol. 24. P. 2503-2512. https://doi.org/10.1007/BF02646529

  24. Graf A., Hosford W.F. The influence of strain-path changes on forming limit diagrams of Al 6111 T4 // Int. J. Mech. Sci. 1994. Vol. 36. P. 897-910. https://doi.org/10.1016/0020-7403(94)90053-1

Опубликован
2020-06-30
Как цитировать
Казанцев, А. В., & Келлер, И. Э. (2020). Оценка многоэтапного технологического процесса холодной листовой штамповки тонкостенного сосуда с точки зрения предельных деформаций. Вычислительная механика сплошных сред, 13(2), 123-133. https://doi.org/https://doi.org/10.7242/1999-6691/2020.13.2.10
Раздел
Статьи