Распределение деформаций в заготовке после винтовой экструзии
Метод конечных элементов (МКЭ) использован для анализа деформированного состояния заготовки в процессе винтовой экструзии. Приведено распределение интенсивности деформаций по прямоугольному поперечному сечению профиля. Показано, что интенсивности деформаций ниже, чем значения, определяемые по извест...
Gespeichert in:
| Datum: | 2003 |
|---|---|
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
2003
|
| Schriftenreihe: | Физика и техника высоких давлений |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/168034 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Распределение деформаций в заготовке после винтовой экструзии / А.В. Спусканюк // Физика и техника высоких давлений. — 2003. — Т. 13, № 4. — С. 136-140. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-168034 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1680342025-02-10T00:07:41Z Распределение деформаций в заготовке после винтовой экструзии Розподіл деформації у заготовці після гвинтової екструзії Strain distribution in a billet after twist extrusion Спусканюк, А.В. Метод конечных элементов (МКЭ) использован для анализа деформированного состояния заготовки в процессе винтовой экструзии. Приведено распределение интенсивности деформаций по прямоугольному поперечному сечению профиля. Показано, что интенсивности деформаций ниже, чем значения, определяемые по известным формулам. Analysis of the strained state of the billet at twist extrusion has been performed using the finite elements method. Strain rate distribution within the rectangular billet cross-section has been obtained. It is shown that the magnitude of computed strain rate is lower than the one obtained by other known relationships. 2003 Article Распределение деформаций в заготовке после винтовой экструзии / А.В. Спусканюк // Физика и техника высоких давлений. — 2003. — Т. 13, № 4. — С. 136-140. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 0868-5924 PACS: 81.20.Ev, 81.40.-z https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/168034 ru Физика и техника высоких давлений application/pdf Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
Метод конечных элементов (МКЭ) использован для анализа деформированного состояния заготовки в процессе винтовой экструзии. Приведено распределение интенсивности деформаций по прямоугольному поперечному сечению профиля. Показано, что интенсивности деформаций ниже, чем значения, определяемые по известным формулам. |
| format |
Article |
| author |
Спусканюк, А.В. |
| spellingShingle |
Спусканюк, А.В. Распределение деформаций в заготовке после винтовой экструзии Физика и техника высоких давлений |
| author_facet |
Спусканюк, А.В. |
| author_sort |
Спусканюк, А.В. |
| title |
Распределение деформаций в заготовке после винтовой экструзии |
| title_short |
Распределение деформаций в заготовке после винтовой экструзии |
| title_full |
Распределение деформаций в заготовке после винтовой экструзии |
| title_fullStr |
Распределение деформаций в заготовке после винтовой экструзии |
| title_full_unstemmed |
Распределение деформаций в заготовке после винтовой экструзии |
| title_sort |
распределение деформаций в заготовке после винтовой экструзии |
| publisher |
Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України |
| publishDate |
2003 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/168034 |
| citation_txt |
Распределение деформаций в заготовке после винтовой экструзии / А.В. Спусканюк // Физика и техника высоких давлений. — 2003. — Т. 13, № 4. — С. 136-140. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
| series |
Физика и техника высоких давлений |
| work_keys_str_mv |
AT spuskanûkav raspredeleniedeformaciivzagotovkeposlevintovoiékstruzii AT spuskanûkav rozpodíldeformacííuzagotovcípíslâgvintovoíekstruzíí AT spuskanûkav straindistributioninabilletaftertwistextrusion |
| first_indexed |
2025-12-02T00:27:46Z |
| last_indexed |
2025-12-02T00:27:46Z |
| _version_ |
1850354195178192896 |
| fulltext |
Физика и техника высоких давлений 2003, том 13, № 4
136
PACS: 81.20.Ev, 81.40.z
А.В. Спусканюк
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ДЕФОРМАЦИЙ В ЗАГОТОВКЕ
ПОСЛЕ ВИНТОВОЙ ЭКСТРУЗИИ
Донецкий физико-технический институт им. А.А. Галкина НАН Украины
83114, г. Донецк, ул. Р. Люксембург, 72
E-mail: spusk@ukr.net
Статья поступила в редакцию 8 августа 2003 года
Метод конечных элементов (МКЭ) использован для анализа деформированного со-
стояния заготовки в процессе винтовой экструзии. Приведено распределение интен-
сивности деформаций по прямоугольному поперечному сечению профиля. Показано,
что интенсивности деформаций ниже, чем значения, определяемые по известным
формулам.
В последние годы интенсивно развиваются научные исследования и раз-
рабатываются технологии получения материалов с субмикро- и нанострукту-
рами, отличающихся уникальными физико-механическими свойствами. Одно
из перспективных направлений таких разработок управляемое изменение
структуры и свойств исходных заготовок путем накопления интенсивных
пластических деформаций методами равноканальной экструзии. Эффектив-
ным методом накопления деформаций в заготовке является винтовая экстру-
зия, при которой материал многократно продавливают через матрицу с вин-
товым каналом [1].
Поскольку эволюция структуры и свойств деформируемого материала оп-
ределяется, главным образом, условиями и величиной накопленной дефор-
мации, весьма актуальна задача правильного учета уровня и характера рас-
пределения степени деформации по объему заготовки. Разработаны матема-
тические модели процесса винтовой экструзии, позволяющие оценить рас-
пределение деформаций в заготовке [1,2]. Согласно приближенной оценке,
полученной на основании предположения о «винтовом» течении металла,
интенсивность деформации линейно растет от нуля в центре поперечного
сечения деформированной заготовки до максимального значения
maxmax tg
3
2
i (1)
в наиболее отдаленных от центра участках (здесь max – максимальное зна-
Физика и техника высоких давлений 2003, том 13, № 4
137
чение угла наклона винтовой линии к оси экструзии). При учете «перетека-
ния» материала, т.е. движения материальных точек внутри контура попереч-
ного сечения, расчетные значения отражают некоторое выравнивание де-
формации по сечению, но приведенная формула по-прежнему используется
для оценки максимальной величины интенсивности деформации за один
проход винтовой экструзии. Интенсивность «перетекания» материала увели-
чивается при 1ba , где a и b – размеры профиля в двух взаимно перпен-
дикулярных направлениях. С учетом «перетекания» металла наибольшие и
наименьшие значения интенсивности деформации после одного прохода при
40 < < 60 и 0.5 < a/b < 0.8 определены в виде [1]:
maxmax tgi ; maxmin tg1.04.0 i . (2)
Для анализа параметров процесса винтовой экструзии использован пакет
прикладных программ ANSYS 6.0, с помощью которого можно моделировать
пластическую деформацию заготовки методом конечных элементов. В рам-
ках данных программ была построена конечно-элементная модель процесса
винтовой экструзии, позволяющая моделировать пластическое течение заго-
товок произвольных форм при разнообразных параметрах процесса. Это пре-
доставляет возможность определять оптимальные параметры матрицы для
достижения необходимого изменения структуры и свойств материала, в ча-
стности обеспечения более однородного распределения структуры и свойств
по сечению заготовки.
Для иллюстрации возможностей метода в данной работе приведены ре-
зультаты моделирования распределения деформаций по сечению одного из
профилей и сопоставление их с расчетными оценками по соотношениям (1),
(2). Форма канала матрицы для винтовой экструзии заготовки прямоугольно-
го поперечного сечения представлена на рис. 1. Соотношение размеров сто-
рон сечения соответствовало a/b = 15/25, при этом ось матрицы совпадала с
центром симметрии прямоугольного профиля. Поперечное сечение заготовки
перпендикулярно к направлению экструзии и остается постоянным вдоль ка-
нала. Угол наклона винтовой линии к направлению оси экструзии изменялся
по высоте матрицы, на началь-
ном и конечном участках = 0, а
его максимальное значение max
= 60. Угол поворота прямо-
угольника относительно оси экс-
трузии составлял = 90. Иссле-
дован процесс винтовой экстру-
зии медных заготовок с учетом
упрочнения материала, зависи-
мость напряжения пластического
течения от степени деформации
аппроксимирована выражением с
использованием справочных дан-
ных [3].
Рис. 2 иллюстрирует характер
Рис. 1. Форма канала матрицы
Физика и техника высоких давлений 2003, том 13, № 4
138
распределения деформаций в объеме заготовки на различных стадиях ее про-
хождения через винтовой канал матрицы. Видно, что на всех стадиях распре-
деление деформаций по поперечному сечению заготовки весьма неравномер-
но. В начальной стадии процесса развивается пластическая деформация ме-
талла в двух углах поперечного сечения, причем по окончании экструзии
именно в этих участках зафиксирован максимальный уровень интенсивности
деформаций.
Для более наглядного представления о деформированном состоянии заго-
товки на рис. 3 представлены сетка разбиения заготовки на конечные
10-узловые тетрагональные элементы и характерные точки в ее поперечном
сечении, а на рис. 4 приведено изменение распределения интенсивности
а б
в г
Рис. 2. Деформированное состояние заготовки на начальной (а), промежуточных
(б, в) стадиях и после экструзии (г)
Физика и техника высоких давлений 2003, том 13, № 4
139
Рис. 3. Сетка разбиения заготовки на конечные элементы и характерные точки 1–5
Рис. 4. Распределение интенсивности деформаций в характерных точках заготовки: 1
(), 2 ( ), 3 (···), 4 (– · –), 5 (– –)
деформаций i в этих точках по мере перемещения заготовки в канале. Наи-
больший уровень i наблюдается в точке 4, меньший, но довольно значитель-
ный – в точке 5 поперечного сечения. Модель отражает известную законо-
мерность существенного возрастания i при прохождении заготовки через
крайние участки канала матрицы, в которых осуществляется более интенсив-
ная деформация заготовки, чем в промежуточной между ними зоне (на рис. 4
видно, что уровень i более значительно повышается на выходном участке
канала матрицы при перемещении примерно с 23 до 32 mm). Модель отража-
ет также деформацию металла на оси симметрии профиля (точка 1), причем
уровни i в точках 13 различаются незначительно. Несмотря на развитие
деформации металла в зонах заготовки вблизи оси экструзии, уровни i в раз-
личных участках поперечного сечения весьма значительно отличаются. Так,
соотношение i в точках 4 и 1 составляет около 6, а в точках 5 и 1 около 4.
Компьютерный эксперимент показал также, что уровни i, определенные
МКЭ и по приведенным выше расчетным соотношениям, существенно раз-
личаются, причем компьютерная модель прогнозирует меньшие значения
интенсивности деформаций заготовки. В данном случае величина imax, оп-
ределенная МКЭ, ниже рассчитанной по формуле (1) примерно на 30%, по
формуле (2) – на 20%, а величина imin – ниже рассчитанной по формуле (2)
примерно на 60%.
Эти данные свидетельствуют о возможности более точного определения
уровня i в различных зонах поперечного сечения заготовки при анализе
влияния условий винтовой экструзии на качество получаемых изделий.
Физика и техника высоких давлений 2003, том 13, № 4
140
Выводы
1. Компьютерное моделирование процесса с использованием МКЭ пока-
зало значительную неравномерность распределения интенсивности деформа-
ций i заготовки по ее поперечному сечению после прохождения через канал
матрицы.
2. Показано, что полученное с использованием МКЭ максимальное по се-
чению заготовки значение imax на 2030% ниже, чем уровни imax, опреде-
ляемые по известным расчетным соотношениям. Различие значений imin,
определенных МКЭ и по расчетным формулам, превышает 50%.
1. Я.Е. Бейгельзимер, В.Н. Варюхин, Д.В. Орлов, С.Г. Сынков, Винтовая экструзия –
процесс накопления деформаций, Фирма ТЕАН, Донецк (2003).
2. Я.Е. Бейгельзимер, В.Н. Варюхин, В.Г. Сынков, С.Г. Сынков, ФТВД 10, № 1, 24
(2000).
3. В.А. Кроха, Упрочнение металлов при холодной пластической деформации. Спра-
вочник, Машиностроение, Москва (1980).
A.V. Spuskanyuk
STRAIN DISTRIBUTION IN A BILLET
AFTER TWIST EXTRUSION
Analysis of the strained state of the billet at twist extrusion has been performed using the
finite elements method. Strain rate distribution within the rectangular billet cross-section has
been obtained. It is shown that the magnitude of computed strain rate is lower than the one
obtained by other known relationships.
Fig. 1. The shape of die channel
Fig. 2. Strained state of the billet at the initial (a), intermediate (б, в) stages and after extru-
sion (г)
Fig. 3. Net of billet division into finite elements and characteristic points 15
Fig. 4. Strain rate distribution at characteristic points of the billet: 1 (), 2 ( ), 3 (···), 4
(– · –), 5 (– –)
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ДЕФОРМАЦИЙ В ЗАГОТОВКЕ �ПОСЛЕ ВИНТОВОЙ ЭКСТРУЗИИ
STRAIN DISTRIBUTION IN A BILLET �AFTER TWIST EXTRUSION
|