CC BY
11ИССЛЕДОВАНИЕ ФОРМОИЗМЕНЕНИЯ И ШТАМПОВОЙ ОСНАСТКИ ДЛЯ ГОРЯЧЕЙ ШТАМПОВКИ С ПОМОЩЬЮ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ В ПРОГРАММНОМ КОМПЛЕКСЕ ОЕОЯМ ЭБ ПОКОВКИ ПОЛУКОРПУСА ШАРОВОГО КРАНА Беляков М.В.
Беляков Михаил Владимирович - студент, кафедра технологии обработки давлением, Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана, г. Москва
Аннотация: проведено исследование формоизменения и расчет инструмента для поковки полукорпуса шарового крана. Рассмотрены возможные дефекты, а также пути решения проблем в ходе исследования, для штамповой оснастки. Приведены результаты и выводы этих моделирований.
Ключевые слова: горячая объемная штамповка, крупногабаритная поковка, QForm.
Горячая объемная штамповка [1, 210] крупногабаритных деталей - всегда трудоемкий процесс, который требует применения рациональных и оптимальных решений. При разработке технологического процесса крупногабаритных поковок необходимо проектировать штамповую оснастку таким образом, чтобы максимально увеличить долговечность инструмента и экономию на штамповой стали.
В программном комплексе рБогш можно проводить математические моделирования технологических процессов горячей штамповки, а также и для штамповки крупногабаритных деталей, что позволяет прогнозировать, насколько благоприятно проходит разработанный технологический процесс, возможные дефекты, грамотно подобрать необходимые параметры, такие как: сила деформирования, параметры трения, смазка, температура нагрева заготовки и т.п.
Исследование начинается с формоизменения заготовки. На данном этапе моделирования можно видеть, как распределяется металл в полости штампа, возможные дефекты, а также распределение температурных полей в заготовке. Исходные данные для моделирования: Пресс: гидравлический двойного действия [3, 187], 140 МН Номинальная скорость: 50мм/с. Тип привода: индивидуальный Смазка: водный раствор графита Материал заготовки: 09Г2С Начальная температура заготовки: 1150°С Температура инструмента: 400°С
Время остывания заготовки при транспортировке: 90 сек. Время остывания в штампе: 15 сек.
Силовой расчет и результаты формоизменения в трехмерной постановке задачи.
1-я операция: обжим Начальное положение заготовки и распределение температур по сечению и формоизменение заготовки в середине и в конце первого перехода штамповки (рис. 1 и рис. 2)
Рис. 1. Середина обжима
Рис. 2. Конец операции обжим
После операции обжима металл не полностью заполняет внутреннюю полость матрицы. Незаполненными остаются внутренний угол торца и переход от конической части к цилиндрической. Для того чтобы заполнить эту область необходимо деформировать заготовку в следующем этапе - высадке.
2-я операция: высадка горловины Формоизменение заготовки и распределение температуры по сечению в начале, середине и конце второго перехода штамповки (высадка).
Рис. 3. Начало высадки горловины
Рис. 4. Середина высадки горловины
Рис. 5. Окончание штамповки
После моделирование формоизменения, был проведен расчет инструмента. Расчет штамповой оснастки дал результаты в виде полей средних напряжений [6, 13] и интенсивности напряжений. Красные поля показывают зоны растяжения, а синие -сжатие. Ниже представлены результаты моделирования:
Рис. 6. Средние напряжения в инструменте после обжима
Рис. 7. Интенсивность напряжений в инструменте после обжима
Рис. 8. Интенсивность напряжений в инструменте после высадки
Проанализировав поля интенсивности напряжений [6, 28], в конце штамповки, был сделан вывод, что в полости обжимной матрицы возникают опасные растягивающие напряжения. Эти напряжения неблагоприятно сказываются на
штамповой оснастке, приводят к быстрому износу инструмента, а поскольку матрица изготовлена из инструментальной стали и имеет крупные габариты, можно сделать вывод, что изготовление инструмент заново очень требует очень высоких затрат.
На основе этого вывода было принято решение применить бандажное кольцо. Поскольку в процессе штамповки возникают высокие растягивающие напряжения, их необходимо компенсировать сжимающими напряжениями, путем насадки бандажного кольца с посадкой с натягом.
Результаты исследования приведены ниже:
Рис. 9. Среднее напряжение после высадки с кольцом
Рис. 10. Интенсивность напряжений после высадки с кольцом
После проведенного исследования можно сделать вывод:
1. Применение бандажного кольца позволило добиться поставленной цели, а именно, увеличить долговечность штамповой оснастки и снизить затраты на изготовление новых штампов и экономии штамповой стали.
2. Не требуется изготавливать бандажные кольца из инструментальной стали, что также снижает затраты.
Список литературы
1. Ковка и штамповка. Справочник в 4 т. Т. 2. Горячая штамповка / под ред. Е.И. Семенова. Машиностроение, 1986.
2. Ковка и штамповка. Справочник в 4 т. Т. 1. Материалы и нагрев / под ред. Е.И. Семенова. Машиностроение, 1986.
3. Живов Л.И., Овчинников А.Г., Складчиков Е.Н. Кузнечно-штамповочное оборудование, 2006.
4. Зиновьев И.С., Кондратенко В.Г., Чередниченко А.В. М/у к домашнему заданию по «Технологии ГОШ», 2000.
5. Банкетов А.Н., Бочаров Ю.А., Добринский Н.С. Кузнечно-штамповочное оборудование. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.bibliotekar.ru/spravochnik-180-shtampovochnoe-oborudovanie/ (дата обращения: 20.07.2017).
6. Власов А.В. Учебное пособие по курсу лекций «Теория обработки металлов давлением», 2009.
