CC BY
3
УДК 621.73.01
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-5-410-411
АНАЛИЗ НАПРЯЖЕНИЙ И ДЕФОРМАЦИЙ ПРИ ПОЛУЧЕНИИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ
ДЕТАЛЕЙ С ФЛАНЦЕВОЙ ЧАСТЬЮ
Ю.С. Аникеева
Использование штамповки при изготовлении цилиндрических сплошных деталей с фланцевой частью является эффективным и продуктивным методом. Этот процесс позволяет получать высококачественные детали с минимальным количеством отходов при относительно небольшом времени производства. В данной статье были рассмотрены основные этапы процесса штамповки и преимущества этого метода относительно других методов изготовления деталей, которые представляют собой тела вращения с фланцевой выступающей частью и выполнены из стали. Также в данной работе рассматриваются результаты моделирования, которые были проведены с использованием компьютерных программ. Оцениваются интенсивности напряжений, средние напряжения, интенсивности деформаций при холодной объемной штамповки. Исследование проводится для разных методов объемной штамповки, а именно для высадки и для поперечного выдавливания. Делаются выводы о распределении исследуемых характеристик и их предельных величин, а также о том, какой из рассматриваемых методов лучше подходит для формирования конечной формы изделия.
Ключевые слова: цилиндрическое изделие, анализ, фланцевая часть, деформации, напряжения, компьютерное моделирование.
Штамповка является одним из наиболее распространенных методов изготовления цилиндрических сплошных деталей с фланцевой частью. Этот процесс позволяет получать высококачественные детали с минимальным количеством отходов и сокращает время производства. Кроме того, штамповка позволяет создавать металлические изделия с высокой точностью и повторяемостью. Это означает, что каждое изделие будет иметь одинаковую форму и размеры, что важно для производства деталей, используемых в машиностроении и других отраслях промышленности, особенно, если деталь имеет ответственное назначение [1-5].
Данная работа посвящена двум процессам обработки давлением, с помощью которых возможно получение сплошной металлической цилиндрической детали с фланцевой частью. Так, это изделие можно получить с помощью высадки, а возможно с применением операции выдавливания. Каждый из методов поэтому анализируется в данной статье с помощью моделирования, проводимого в программе QForm [6-10]. В целом операции с первого взгляда похожи, однако характер перераспределения материала все же отличается, поэтому необходимо проведение комплексного исследования, включая напряженное и деформированное состояние, которое выражается в анализе средних напряжений, интенсивности деформаций и интенсивности напряжений.
Таким образом с помощью программы QForm были проведены исследования с получением распределений средних напряжений (рис. 1)
а б
Рис. 1. Средние напряжения при высадке (а) и выдавливании (б)
При высадке во фланцевой зоне присутствуют растягивающие напряжения, однако их величина небольшая и составляет не более 90 МПа, при этом в нижней цилиндрической части присутствуют сжимающие напряжения, величина которых составляет в максимуме -1400 МПа. При выдавливании во всей области наблюдаются только сжимающие напряжения в диапазоне от -50 до -3200 МПа. Далее (рис. 2) проводится оценка интенсивности деформаций.
Технологии и машины обработки давлением
а б
Рис. 2. Интенсивность деформаций при высадке (а) и выдавливании (б)
В целом ситуации равнозначные, и на пике в обоих случаях деформации не превышают 2,2. При этом их концентрация наблюдается в производимом фланце. Далее проводится оценка интенсивности напряжений (рис. 3).
Рис. 3. Интенсивность напряжений при высадке (а) и выдавливании (б)
В данном случае ситуация повторяет ситуацию с деформациями, то есть наибольшие напряжения присутствуют в зоне формируемого фланца, при этом максимальные напряжения составляют в обоих случаях 750 МПа. Поэтому в настоящем исследовании можно сказать, что рассматриваемые варианты практически идентичны, то есть похожи, по состоянию напряжений и деформаций, однако в случае выдавливания в зоне деформирования присутствуют только сжимающие напряжения, что является более благоприятной ситуацией.
Список литературы
1. Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. Изд. 5-е, перераб. и доп. Л.:Машиностроение, 1979, 520с.
2. Гречишников В. А. Формообразующие инструменты машиностроительных производств [Текст] : учеб. / В. А. Гречишников, А. Г. Схиртладзе, В. П. Борискин. Старый Оскол : ООО «Тонкие наукоемкие технологии», 2008. 432 с.
3. Кобелев А.Г., Шаронов М.А., Антощенков Ю.М. Теория и технология процессов ковки и прессования: Составление чертежа поковки и разработка технологии ковки: Учеб.-метод, пособие. М.: Изд-во МИСиС, 2002. 311 с.
4. Дмитренко В.П. Материаловедение в машиностроении: Учебное пособие / В.П. Дмитренко, Н.Б. Мануйлова. М.: Инфра-М, 2017. 560 с.
5. Адаскин А.М. Материаловедение и технология металлических, неметаллических и композиционных материалов: Учебное пособие / А.М. Адаскин, А.Н. Красновский. М.: Форум, 2011. 144 с.
6. Huang S. Q., Yi Y. P., Zhang Y. X. Simulation of 7050 wrought aluminum alloy wheel die forging and its defects analysis based on DEFORM // AIP Conference Proceedings. Pohang, 2010. P. 638-644. EDN: NAJOFD.
7. Кондаков Д. И. Оценка силовых характеристик процесса прошивки компьютерным моделированием // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2023. № 3. С. 128130. EDN: SJIGZS.
8. Господчикова А. Б., Власов E. А. Моделирование осадки образца с выемкой, заполненной смазкой в программном комплексе DEFORM // Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2009. № 9. С. 1. EDN: KXMFYF.
9. Lyal'kov A. G., Medvedev M. I., Tsar'kov A. K., Bespalova N. A. Main parameters in the extrusion of tubes made of hard-to-deform complex alloy steels / // Metallurgist. 2006. Vol. 50, No. 3-4. P. 194-198. EDN: XLLFDL.
10. Бухарцева Е. А., Бухарцев А. А., Звонов С. Ю. Исследование влияния геометрии инструмента на разнотолщинность материала при отбортовке в программном комплексе DEFORM // Автоматизированное проектирование в машиностроении. 2019. № 7. С. 145-147. EDN: YMTJTZ.
Аникеева Юлия Сергеевна, магистрант, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Научный руководитель: Бессмертная Юлия Вячеславовна, канд. техн. наук, доцент, Россия, Тула, Тульский государственный университет
STRESS AND STRAIN ANALYSIS IN OBTAINING CYLINDRICAL PARTS WITH A FLANGED PART
J.S. Anikeeva
The use of stamping in the manufacture of cylindrical solid parts with a flanged part is an effective and productive method. This process produces high quality parts with a minimum amount of waste in a relatively short production time. In this article, the main stages of the stamping process and the advantages of this method relative to other methods for manufacturing parts that are bodies of revolution with a flanged protruding part and are made of steel have been considered. Also, this paper discusses the results of simulations that were carried out using computer programs. Stress intensities, average stresses, strain intensities during cold forging are estimated. The study is carried out for different methods of volumetric stamping, namely for upsetting and for transverse extrusion. Conclusions are drawn about the distribution of the studied characteristics and their limiting values, as well as which of the considered methods is better suited for the formation of the final shape of the product.
Key words: cylindrical product, analysis, flange part, deformations, stresses, computer simulation.
Anikeeva Julia Sergeevna, student, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Scientific advisor: Bessmertnaya Yulia Vyacheslavovna, candidate of technical science, docent, Russia, Tula, Tula State University
