CC BY
0
Key words: computer modeling, software package, metal forming, strain intensity, material damage, stamping
production.
Pugaev Pavel Vladimirovich, student, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Scientific advisor: Pasynkov Andrej Aleksandrovich, candidate of technical science, docent, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.73.01
DOI: 10.24412/2071-6168-2024-2-312-313
АНАЛИЗ ТЕМПЕРАТУР ПРИ ПЛАСТИЧЕСКОМ ФОРМОИЗМЕНЕНИИ ЛИСТОВОГО МЕТАЛЛА
Г.А. Вобликов
Данная статья посвящена компьютерному моделированию листовой штамповки и влиянию на температуру процессов пластического формоизменения. В ней рассматривается процесс создания виртуальных моделей листовых деталей с целью последующего изготовления штампованных изделий. Особое внимание уделяется возможностям данного метода в проектировании, анализе формы и размеров деталей, оптимизации процесса штамповки и улучшении качества готовых изделий. Одним из преимуществ компьютерного моделирования является оперативная возможность создания и корректировки технологии изготовления деталей, что значительно сокращает время и ресурсы, затрачиваемые на проектирование. В статье проводится анализ распределения температур при различных условиях формования, с использованием компьютерного моделирования в программе, такой как QForm. Исследование показывает, что температурные изменения в инструменте могут существенно влиять на механические характеристики материала полуфабриката и долговечность инструмента. Статья представляет важные результаты исследований в области контроля температур при формовании, что является важным фактором для обеспечения качественного производства изделий методами пластического формоизменения.
Ключевые слова: листовая штамповка, компьютерное моделирование, технологическая сила, распределение температур, отбортовка с утонением, штамповая оснастка.
Компьютерное моделирование листовой штамповки - это процесс создания виртуальных моделей для последующего изготовления изделий. Этот метод позволяет проектировать и анализировать форму и размеры детали, оптимизировать процесс штамповки и улучшить качество конечного изделия.
Одним из основных преимуществ компьютерного моделирования является возможность быстрого создания и изменения технологии изготовления детали, что существенно сокращает время и затраты на проектирование, кроме того, благодаря использованию специального программного обеспечения можно проводить различные расчеты и анализы, например, оптимизировать распределение материала в детали для снижения ее массы или увеличения прочности [1-4].
Для моделирования листовой штамповки используются различные программы, такие как CAD/CAM системы, которые позволяют создавать трехмерные модели деталей и проводить различные расчеты и симуляции процесса штамповки. Важным этапом в данном процессе является симуляция процесса штамповки, которая позволяет выявить возможные проблемы с формоизменением материала и предотвратить их до начала производства.
Кроме того, компьютерное моделирование листовой штамповки позволяет сократить количество прототипов и испытаний, что значительно экономит время и деньги на производстве. Благодаря точному моделированию и анализу деталей можно улучшить их качество, повысить производительность и снизить расходы на материалы.
Таким образом, компьютерное моделирование листовой штамповки является эффективным инструментом для проектирования и производства листовых деталей, оно позволяет сократить время и затраты на разработку, улучшить качество и производительность изделий и сделать процесс штамповки более эффективным и экономичным [5-8].
Одной из характеристик, которую требуется определять является температура полуфабриката и инструмента (рис. 1). Этот параметр сильно влияет на механические характеристики материала полуфабриката, а также стойкость и долговечность инструмента [9-10].
Рис. 1. Распределение температур
Технологии и машины обработки давлением
Изображения, приведенные на рисунке 1, были получены при отбортовке с утонением стальной заготовки. Исследование проводилось при помощи компьютерного моделирования в программе QForm. В итоге установлено, что температура матрицы повышается до 120Х, что связано с высокой степенью работы трения, на пуансоне же температура значительно ниже и составляет не более 75°С Это приводит к тому, что в результате постоянного массового формоизменения этим инструментом значительно повышается его температура, зачастую до температур выше 500-600Х. В этом случае возможно изменение механических характеристик материала заготовки. Поэтому были проведены дополнительные компьютерные моделирования, при которых использовался холодный и подогретый формоизменением инструмент. Так были получены распределения температур в полуфабрикате (рис. 2).
б
Рис. 2. Распределение температур: а - при холодном инструменте, б - при нагретом инструменте
Так в результате формообразования горячим инструментом температура металла повышается до 360Х, однако стоит отметить, что это повышение практически не влияет на пластичность материала и не меняет ход процесса в значительной степени. Поэтому в данном случае увеличение температур инструмента не влияет на процесс в целом, однако возможно увеличение температуры инструмента в дальнейшем приведет к изменениям в силовых параметрах, или изменит устойчивость заготовки ко внешним нагрузкам.
Список литературы
1. Моделирование процессов обработки металлов давлением в программе QFORM V8: методические указания / составители: В.Р. Каргин, А.В. Казаков. Самара: Издательство Самарского университета, 2021. 56 с.
2. Яковлев С. С. Исследование процесса рифления инструментом ограниченной длины // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. № 11. С. 480-484. EDN XIKHYC.
3. Грибачев Я. В. Комплексное исследование выдавливания полуфабриката при различных условиях трения // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. № 10. С. 420-423. EDN KUVGNA.
5. Филонов И.П. Инновации в технологии машиностроения. Учебное пособие. Гриф МО Республики Беларусь / И.П. Филонов. М.: Вышэйшая школа, 2009. 762 с.
6. Вобликов Г.А. Влияние параметров инструмента на проведение операции отбортовки с утонением // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2023. № 4. С. 349-352. EDN: YDFGMS.
7. Гасанов А. И. Напряженное и деформированное состояние при получении изделия типа «стакан» // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2023. № 5. С. 400-403. EDN: JHKQSE.
8. Аникеева Ю. С. Анализ напряжений и деформаций при получении цилиндрических деталей с фланцевой частью // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2023. № 5. С. 410-412. EDN ECGOFN.
9. Грибачев Я. В. Исследование растягивающих и сжимающих напряжений при комбинированном выдавливании // Инициативы молодых - науке и производству. Сборник статей II Всероссийской научно-практической конференции для молодых ученых и студентов. Пенза: Пензенский государственный аграрный университет, 2021. С. 49-51. EDN QEAZRF.
10. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2022680050 Российская Федерация. Программа для расчета отходов металла при вырубке : № 2022669403 : заявл. 18.10.2022 : опубл. 26.10.2022 / С. С. Яковлев, А. А. Шишкина, С. Н. Ларин ; заявитель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Тульский государственный университет». EDN ZUYMZB.
Вобликов Григорий Алексеевич, магистрант, тр{-Ш1а@гатЫег. ги, Россия, Тула, Тульский государственный университет
Научный руководитель: Платонов Валерий Иванович, канд. техн. наун., доцент, Россия, Тула, Тульский государственный университет
ANALYSIS OF TEMPERATURES DURING PLASTIC CHANGE OF SHEET METAL
G.A. Voblikov
This article is devoted to computer modeling of sheet stamping and the effect of plastic forming processes on temperature. It discusses the process of creating virtual models of sheet metal parts for the purpose of subsequent production of stamped products. Particular attention is paid to the capabilities of this method in design, analysis of the shape and size of parts, optimization of the stamping process and improvement of the quality of finished products. One of the advantages of computer modeling is the rapid ability to create and adjust technology for manufacturing parts, which significantly reduces the time and resources spent on design. The article analyzes the temperature distribution under various molding conditions using computer simulation in a program such as QForm. The study shows that temperature changes in the tool can significantly affect the mechanical characteristics of the semi-finished material and the durability of the tool. The article presents important research results in the field of temperature control during molding, which is an important factor for ensuring high-quality production ofproducts using plastic forming methods.
Key words: sheet stamping, computer modeling, technological strength, temperature distribution, flanging with thinning, stamping equipment.
Voblikov Grigorii Alekseevich, student, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
Scientific advisor: Platonov Valery Ivanovich, candidate of technical science, docent, Russia, Tula, Tula State
University
УДК 621.73.01
DOI: 10.24412/2071-6168-2024-2-314-315
АНАЛИЗ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ
С.С. Яковлев, Ю.С. Галкин, Я.В. Грибачев
Статья рассматривает метод конечных элементов как способ решения проблем и задач пластического формоизменения металлических заготовок. Этот метод позволяет моделировать и анализировать поведение сложных систем в различных областях науки и техники. Описываются основные преимущества и недостатки данного метода, а также программные продукты, базирующиеся на данном способе для компьютерного моделирования процессов формоизменения металла. Программы, такие как Ansys, QFORM, БеЕогт, ABAQUS, и другие, обсуждаются с точки зрения их функциональности и области применения. Проанализированы различные программные продукты для компьютерного моделирования обработки металлов давлением, приводятся их преимущества и недостатки, подчеркивая области применения и функциональные возможности.
Ключевые слова: компьютерное моделирование, метод конечных элементов, обработка металлов давлением, программное обеспечение.
В настоящее время проблемы и задачи пластического формоизменения металлических заготовок часто решают с помощью метода конечных элементов (МКЭ) [1]. Этот метод позволяет моделировать и анализировать поведение сложных систем и объектов в разных областях науки и техники, включая механику конструкций, аэрокосмическую отрасль, автомобилестроение, гидродинамику, биомедицинскую инженерию, механику деформирования твердого тела и многие другие. Так МКЭ представляет собой численный метод решения дифференциальных уравнений с частными производными, а также интегральных уравнений, возникающих при решении задач прикладной физики [2]. Метод основан на разбиении объекта исследования на более мелкие, конечные элементы, в результате чего сложная задача упрощается до системы, которую можно эффективно разрешить с помощью стандартных вычислительных алгоритмов [3].
Метод конечных элементов был разработан в 1930-40-х годах в рамках исследований по теории упругости и строительной механики, одними из создателей данного метода являются Александр Павлович Хренников, Рихард Курант, Иоаннис Аргирис, Фен Кан. Развитие вычислительной техники и дальнейшее совершенствование МКЭ способствовало более широкому распространению и применению метода в различных областях.
Данный метод стал популярным в современной науке благодаря ряду преимуществ [5]:
- высокая гибкость и способности адаптироваться к задачам любой сложности и геометрии;
- возможность решения задач, которые невозможно или трудно решить другими численными методами;
- возможность компьютеризации и автоматизации расчетов,
