CALCULATION OF THE TOOL SHAPE FOR TUBE MIDDLE PART DISTRIBUTION BY RIGID MATRIX

Abstract


In modern mechanical engineering in general, and in the aircraft industry in particu-lar, a large number of parts are obtained by sheet stamping. For the manufacture of ele-ments of hydro-gas systems of aircraft, shaping operations are often used, in which liq-uids and rubber-like materials serve as a working medium that transfers the pressing force to a deformable workpiece. In this paper, we consider the process of expanding the middle part of a tubular billet made of titanium alloy OT4-1. The internal pressure on the tubular billet is determined by the action of the working fluid during compression. One of the significant disadvantages of cold sheet forming is the springback of the material after being removed from the tool-ing. Therefore, the shape of the die used for the technological process of expansion must set the proactive shape of the tubular billet, providing the desired residual shape after unloading. To determine such a matrix form, an inverse problem is formulated and solved. The implementation of the method for solving the inverse problem is carried out in the MSC.Marc system. For the axisymmetric shape of the part, a two-dimensional state-ment of the problem is used. In the case of thin-walled structures, the modeling of the shaping process is carried out under plasticity conditions, taking into account small deformations, but large displacements and rotations (general Lagrangian formulation). The solution of the inverse contact problem of shaping is found by the iterative method, which is based on the quasi-static variational principle. This solution algorithm is gener-alized to three-dimensional problems, when the part has a non-axisymmetric shape, in particular, ellipsoidal, tee, etc. As a result of solving the inverse contact problem of shaping a tubular workpiece by the iterative method, the required geometry of the rigid matrix was determined. Compari-son of the numerical results with the conducted full-scale experiment showed a satisfac-tory agreement. Thus, the presented method and its implementation in the CAE system makes it possible to design tooling at the pre-production stage.

Full Text

Разработка и внедрение новых прогрессивных ме-тодов заготовительно-штамповочного производства, которые приводят к повышению размерно-геометри-ческой точности изделий, являются актуальными зада-чами. Необходимо внедрять новые теоретические мето-ды исследования процессов штамповки с целью сокра-щения сроков технологической подготовки производ-ства при внедрении новых деталей на промышленных предприятиях. Теоретическим и практическим вопросам формооб-разования деталей из тонкостенных трубчатых загото-вок посвящено большое количество работ [1–27]. В настоящей работе представлен способ расчета формы инструмента для раздачи средней части трубы по жесткой матрице, который основан на методе решения обратных задач упругопластичности по расчёту фор-мы оснастки, обеспечивающей теоретический контур тонкостенной детали с учетом пружинения материала заготовки.

About the authors

K. S. Bormotin

Komsomolsk-na-Amure State University

D. A Potianikhin

Komsomolsk-na-Amure State University

Min Ko Hlaing

Komsomolsk-na-Amure State University

A. A. Sinelshchikov

Komsomolsk-na-Amure State University

References

  1. Афанасьев А.Е., Каргин В.Р., Каргин Б.В. Компьютер-ный анализ процесса раздачи труб прессованием // Интернет-журнал Науковедение. – 2016. – Т. 8, № 2(33). – С. 97.
  2. Высокоэффективные технологические процессы изго-товления элементов трубопроводных и топливных систем лета-тельных аппаратов / В.А. Барвинок, А.Н. Кирилин, А.Д. Комаров, В.К. Моисеев, В.П. Самохвалов, Ю.В. Федо-тов. – М.: Наука и технологии, 2002. – 393 с.
  3. Веселов А.А. Определение размеров концов труб после раздачи методом пластического деформирования // Морской вестник. – 2012. – № 1(41). – С. 15–16.
  4. Громова Е.Г., Еськина Е.В., Шаров А.А. Исследование процесса стесненного изгиба листовых деталей с использовани-ем полиуретана методом конечно-элементного моделирования // Проблемы машиностроения и автоматизации. – 2011. – № 3. – С. 86–90.
  5. Каргин В.Р., Афанасьев А.Е., Каргин Б.В. Влияние про-тиводавления при прямом прессовании труб с раздачей // Ин-тернет-журнал Науковедение. – 2016. – Т. 8. – № 6(37). – С. 9.
  6. Кондратенко Л.А., Миронова Л.И. Образование оста-точных напряжений при раздаче стальных труб // Проблемы машиностроения и автоматизации. – 2019. – № 1. – С. 58–63.
  7. Кузнецов С.В. Влияние поперечных сил на качество де-талей, получаемых методами листовой штамповки // Труды НГТУ им. Р.Е. Алексеева. – 2014. – № 5(107). – С. 438–442.
  8. Стесненный изгиб в холодной листовой штамповке эла-стомером / В.Г. Кулаков, В.К. Моисеев, А.А. Шаров, О.В. Ломовский, А.Н. Плотников // Известия Самарского науч-ного центра Российской академии наук. – 2013. – Т. 15, № 6-4. – С. 855–860.
  9. Марьин С.Б. Изготовление деталей из труб давлением эластичных и сыпучих сред для гидрогазовых систем летатель-ных аппаратов // Известия Самарского научного центра Россий-ской академии наук. – 2011. – Т. 13, № 4-2. – С. 416–419.
  10. Непершин Р.И. Раздача тонкостенной трубы пуансоном с криволинейным профилем // Проблемы машиностроения и надежности машин. – 2010. – № 1. – С. 80–88.
  11. Орлов Г.А., Котов В.В., Орлов А.Г. Компьютерное мо-делирование поведения разностенных труб под внутренним давлением // Металлург. – 2017. – № 2. – С. 18–21.
  12. Моделирование операции раздачи трубных заготовок / Е.Н. Сосенушкин, Е.А. Яновская, Д.В. Хачатрян, И.Е. Смоло-вич, В.Ю. Киндеров // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. – 2013. – № 3. – С. 618–631.
  13. Феоктистов С.И., Чжо З.С. Определение предельного коэффициента раздачи по FLD-диаграммам // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлени-ем. – 2019. – № 9. – С. 3–7.
  14. Феоктистов С.И., Чжо З.С. Определение технологиче-ских возможностей титановых и алюминиевых сплавов при раздаче // Ученые записки Комсомольского-на-Амуре государ-ственного технического университета. – 2019. – Т. 1, № 1(37). – С. 4–9.
  15. Ahmad Omar, Asim Tewari, Narasimhan K. Effect of bulge ratio on the deformation behavior and fracture location during weld-ed steel tube hydroforming process // Results in Materials. – 2020. – Vol. 6. – 100096.
  16. Tube hydroforming: current research, applications and need for training / M. Ahmetoglu, K. Sutter, X.J. Li, T. Altan // Journal of Materials Processing Technology. – 2000. – Vol. 98. – P. 224–231.
  17. Expansion and reduction of thin-walled tubes using a die: Experimental and theoretical investigation / B.P.P. Almeida, M.L. Alves, P.A.R. Rosa, A.G. Brito, P.A.F. Martins // International Journal of Machine Tools Manufacture. – 2006. – Vol. 46, iss. 12–13. – P. 1643–1652.
  18. Alves L.M., Martins P.A.F. Cold expansion and reduction of thin-walled PVC tubes using a die // Journal of Materials Pro-cessing Technology. – 2009. – Vol. 209. – P. 4229–4236.
  19. Alves L.M., Leitao P.M.F., Martins P.A.F. Elastomer-assisted compression beading of tubes // Proc IMechE Part B: J Engineering Manufacture. – 2014. – Vol. 228(7). – P. 744–756.
  20. Anisotropic effects in the compression beading of aluminum thin-walled tubes with rubber / L. Belhassen, S. Koubaa, M. Wali, F. Dammak // Thin-Walled Structures. – 2017. – Vol. 119. – P. 902–910.
  21. Bulge hydroforming of tube by rubber mandrel without axi-al feed: experiment and numerical simulation / Faisal Qayyum, Masood Shah, Saad Ali, Umar Ali // Proceedings of the First Inter-national Symposium on Automotive and Manufacturing Engineer-ing. – 2015. – Vol. 1. – P. 19–26.
  22. Nosrati G.H., Gerdooei M., Naghibi F.M. Experimental and numerical study on formability in tube bulging: A comparison be-tween hydroforming and rubber pad forming // Materials and Manufacturing Processes. – 2017. – Vol. 32, iss. 12. – P. 1353–1359.
  23. Girard A.C., Grenier Y.J., Mac Donald B.J. Numerical sim-ulation of axisymmetric tube bulging using a urethane rod // Journal of Materials Processing Technology. – 2006. – Vol. 172. – P. 346–355.
  24. Pipan J., Kosel F. Numerical simulation of rotational sym-metric tube bulging with inside pressure and axial compression // Int. J. of Mechanical Sciences. – 2002. – Vol. 44, iss. 3. – P. 645–664.
  25. Kim S., Kim Y. Analytical study of tube hydroforming // Journal of Materials Processing Technology. – 2002. – Vol. 128, iss. 1–3. – P. 232–239.
  26. The forming of axisymmetric and asymmetric components from tube / M.E. Limb, J. Chakrabarty, S. Garber, P.B. Mellor // Proceedings of the Fourteenth International MTDR Conference. – 1974. – P. 799–805.
  27. Thiruvarudchelvan S., Travis F.W. Tube Bulging with a ure-thane rod // Journal of Materials Processing Technology. – 1990. – Vol. 23. – P. 195–209.
  28. Потянихин Д.А., Синельщиков А.А., Мин Ко Хлайнг. Моделирование напряжённо-деформированного состояния трубчатой заготовки при раздаче средней части по жёсткой мат-рице // Морские интеллектуальные технологии. – 2021. – № 2-2 (52). – С. 105–110.
  29. Maryin S.B., Aung P.W. Working body for deformation of thin-walled pipe billets // Materials Science Forum. – 2019. – Vol. 945. – P. 628–633.
  30. Метод решения обратной задачи раздачи средней части трубы для расчёта формы штампа / К.С. Бормотин, Д.А. Потя-нихин, А.А. Синельщиков, Мин Ко Хлайнг, И.Н. Журбина // Ученые записки Комсомольского-на-Амуре государственного технического университета. – 2022. – № 5(61). – С. 40–45.
  31. Исследование процесса раздачи средней части трубной заготовки с подпором / С.Б. Марьин, Г.А. Щербатюк, В.Д. Кириллин, М.И. Пак // Учёные записки Комсомольского-на-Амуре государственного технического университета. Науки о природе и технике. – 2021. – № 7 (55). – С. 73–78.
  32. Феоктистов С.И., Андрианов И.К., Лин Х. Моделиро-вание напряжённо-деформированного состояния толстостенных цилиндрических оболочек с учётом физической нелинейности материала // Учёные записки Комсомольского-на-Амуре госу-дарственного технического университета. Науки о природе и технике. – 2022. – № 3 (59). – С. 12–20.
  33. Феоктистов С.И., Андрианов И.К., Лин Х. Определение напряжённо-деформированного состояния при формоизмене-нии цилиндрических труб с использованием конической оснаст-ки // Учёные записки Комсомольского-на-Амуре государствен-ного технического университета. Науки о природе и технике. – 2022. – № 3 (59). – С. 4–11.
  34. Бормотин К.С., Вин Аунг. Метод решения обратной за-дачи в процессе обтяжки панели // Вестник Чувашского госу-дарственного педагогического университета им. И.Я. Яковлева. Серия: Механика предельного состояния. – 2018. – № 3 (37). – С. 47–57.
  35. Бормотин К.С. Метод решения обратных задач неупру-гого деформирования тонкостенных панелей // Вычислитель-ные методы и программирование. – 2017. – Т. 18. – C. 359–370.
  36. Коробейников C.H. Нелинейное деформирование твёр-дых тел. – Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2000. – 262 с.
  37. Wriggers P. Computational contact mechanics. – Heidel-berg: Springer, 2006.
  38. Бормотин К.С., Белых С.В., Вин А. Математическое моделирование обратных задач многоточечного формообразо-вания в режиме ползучести с помощью реконфигурируемого устройства // Вычислительные методы и программирование. – 2016. – Т. 17, № 3. – С. 258–267.
  39. Marc 2021, Vol A: Theory and User Information, MSC.Software Corporation [Электронный ресурс]. – URL: http://www.mscsoftware.com/product/marc (дата обращения: 10.03.2023).

Statistics

Views

Abstract - 70

PDF (Russian) - 66

Cited-By


PlumX


Copyright (c) 2023 Bormotin K.S., Potianikhin D.A., Hlaing M.K., Sinelshchikov A.A.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies