CC BY
10
ТЕХНОЛОГИИ И МАШИНЫ ОБРАБОТКИ ДАВЛЕНИЕМ
УДК 621.983
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-1-531-534
ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ И ДЕФОРМАЦИЙ ПОЛУЧЕНИЯ ДЕТАЛИ МЕТОДАМИ
ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ
А.В. Алексеев
Комплексные исследования технологических операций обработки металлов давлением очень важны, так как позволяют определить рациональные режимы штамповки, благодаря которым возможно получение лучшей детали по качеству и производительности из возможных. Особенно данная проблема актуальна для выявления рациональных температурных режимов штамповки при получении объемных деталей, при изготовлении которых возможно применение различных операций обработки металлов давлением, и при разных температурных режимах, режимах трения, характера распределения металла и других варьируемых факторов. Поэтому проводится исследование напряжений и деформаций при нескольких температурах штамповки при использовании одной и той же операции. Данная работа основана на результатах компьютерного моделирования получения выдавливанием объемной детали, являющейся телом вращения, и имеющей сквозное осевое отверстие. Представлены статистические исследования напряженно-деформированного состояния объема полуфабриката, выполненные в программе QForm для различных температурных режимов штамповки. Данные, полученные математическим моделированием, анализируются и делаются выводы о том, какой из рассматриваемых вариантов температуры штамповки наиболее благоприятно влияет на напряженно-деформированное состояние.
Ключевые слова: анализ, объемная штамповка, горячая штамповка, выдавливание, пластическое формоизменение, напряженное состояние.
Обработка металлов давлением используется повсеместно на машиностроительных предприятиях и не только, что связано с большими возможностями применения пластического формоизменения металлов. Так с помощью процессов обработки давлением можно получить разные по габаритам и формам изделия, имеющие высокое качество поверхности и соблюдения точности размеров, также методы имеют относительно высокую производительность, что приводит в некоторых ситуациях к невозможности получения детали иными методами, либо к низкой оптимальности их применения [1-3].
В частности, с помощью ОМД возможно получение деталей типа втулка, являющимися телами вращения. Получение такого изделия возможно с помощью операций объемной штамповки, и в зависимости от формы и размеров конечной детали может применяться горячая или холодная объемная штамповка, однако существует промежуточный температурный режим, называемый полугорячим [4-5]. Выявить наиболее оптимальный температурный режим можно при изучении технологической силы процессов, анализе напряженно-деформированного состояния, повреждаемости, микроструктуры и точности размеров получаемой детали. Частично подобные исследования возможно провести с помощью программных средств, таких как QForm [6-10].
Поэтому данная работа основана на результатах компьютерного моделирования получения выдавливанием объемной детали, являющейся телом вращения, и имеющей сквозное осевое отверстие. Исследование проведено в QForm, программе для анализа процессов ОМД. В которой было замоделирова-но выдавливание пустотелой цилиндрической заготовки для получения детали с фланцем и сквозным отверстием, при этом были изначально выбраны три температуры штамповки, а именно 20, 500, 1100 градусов Цельсия, что является характерными температурами для формоизменения стали. В результате были получены распределения интенсивности напряжений (рис. 1) и деформаций (рис. 2) по объему полуфабриката в конечной точке моделирования.
100 125 1ЬО 175 ¿00 225 250 27 Ъ ¿¡Я 123 350 40С 423 450
Илт^нгипнопп. нэлрянсе-лмй [МПа]
№ 100 120 140 1ЭД 180 200 22Э 240 260 ¿00 300 320 340 ЗМ Интенсивность напряжений [МПа|
—1
н
® 11» 1м 140 160 1» гоо гм и г» г«и ад зго яо зео
№п «кивнешь напряжений [МГ1л] в
Рис. 1. Распределение интенсивности напряжений по объему
0.5 1.01 15. 1& 2.3 АО 3,5 4.0 4.5 5.0 5.5 БЛ &5 7.0 7,5 4.0 Платт и ч м-гая деформация Ц
Рис. 2. Распределение интенсивности деформаций по объему
Установлено, что для всех температур распределения деформаций по объему практически идентичны, что свидетельствует о том, что температура оказывает минимальное влияние на величины и характер распределения деформаций. При исследовании интенсивности напряжений же выявлено, что
а
б
Технологии и машины обработки давлением
температура оказывает на них влияние, однако при сравнении полугорячей и горячей штамповки по данному исследуемому параметру отличии минимальны, что нельзя утверждать при сравнении горячей и холодной штамповки. Так при холодной штамповке в большей части полуфабриката наблюдаются напряжения в диапазоне 400-450 МПа и соответствующий им объем равен 73%. При горячей штамповке в 65% детали интенсивности напряжений наблюдаются в диапазоне от 180 до 220 МПа. Таким образом, установлено, что наименьшие напряжения возникают при штамповке в горячем и полугорячем виде.
Список литературы
1. Ковка и штамповка: Справочник. В 4-х т. / Ред. совет: Е.И. Семенов (пред.) и др. М.: Машиностроение, 1986. Т.2. Горячая штамповка / Под ред. Е.И. Семенова, 1986. 592 с.
2. Бабенко В.А., Бойцов В.П, Волик Ю.П. Объемная штамповка. Атлас схем и типовых конструкций штампов: Учеб, пособие для машиностроительных вузов. 2-е изд., перераб, и доп. М.: Машиностроение, 1982. 254 с.
3. Материаловедение и технология конструкционных материалов: Учебник для студентов машиностроительных специальностей / Г.П. Фетисов, М.Г. Карпман, В.М. Матюшин и др.; под редакцией Г.П. Фетисова. М.: Высшая школа, 2001. 638 с.
4. Pasynkov A.A., Nedoshivin S.V., Pasynkova N.S. Isothermal crimping of thick-walled shells // Materials Science Forum. 2021. Vol. 1037 MSF. P. 293-299.
5. Пасынков А.А., Гололобова Л.Е. Исследование силовых и деформационных параметров при боковом выдавливании // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 2. С. 370-375.
6. Гладков Ю.А., Резвых Р.В. Актуализация модели при расчете процессов холодной штамповки в QFORM 2D/3D // Инновационные технологии в автоматизированном машиностроении и арматуро-строении: Материалы Международной научно-технической конференции, посвященной 50-летию технологического факультета, Курган, 08-10 декабря 2010 года. Курган: Курганский государственный университет, 2010. С. 262-266.
7. Алексеев А.В. Прямое выдавливание изделия со сложным профилем // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып. 6. С. 387-389.
8. Гладков Ю.А., Каневский С.С. Моделирование прессования алюминиевых профилей в новой версии программы Qform Extrusion VX: совместная деформационная задача // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. 2016. № 11. С. 41-48.
9. Кухарь В.Д., Яковлев С.С. Оценка силовых режимов и полей дефектов при рифлении алюминиевых и стальных оболочек // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. № 9. С. 348-350.
10. Comparative Study of Superelastic Ti-Zr-Nb and Commercial VT6 Alloy Billets by QForm Simulation / T.D. Xuan, V.A. Sheremetyev, A.A. Kudryashova [et al.] // Russian Journal of Non-Ferrous Metals. 2021. Vol. 62. No 1. P. 39-47.
Алексеев Александр Владимирович, магистрант, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Научный руководитель: Пасынков Андрей Александрович, канд. техн. наук, доцент, Россия, Тула, Тульский государственный университет
RESEARCH OF STRESSES AND DEFORMATIONS OF OBTAINING A PART BY METHODS OF
VOLUMETRIC FORGING
A.V. Alekseev
Comprehensive studies of the technological operations of metal forming are very important, as they make it possible to determine rational stamping modes, thanks to which it is possible to obtain the best possible part in terms of quality and productivity. This problem is especially relevant for identifying rational temperature conditions for stamping in the production of bulk parts, in the manufacture of which it is possible to use various metal forming operations and under different temperature conditions, friction modes, the nature of the distribution of metal and other variable factors. Therefore, a study of stresses and deformations at several stamping temperatures using the same operation is carried out. This work is based on the results of computer simulation of obtaining a three-dimensional part by extrusion, which is a body of revolution and has a through axial hole. Statistical studies of the stress-strain state of the volume of the semi-finished product, carried out in the QForm program for various temperature conditions of stamping, are presented. The data obtained by mathematical modeling are analyzed and conclusions are drawn about which of the considered forging temperature options has the most favorable effect on the stress-strain state.
Key words: analysis, forging, hot forging, extrusion, plastic forming, stress state.
Alekseev Aleksandr Vladimirovich, undergraduate, [email protected], Russia, Tula, Tula State University,
Scientific advisor: Pasynkov Andrej Aleksandrovich, candidate of technical science, docent, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.7.043
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-1-534-537
ПОЛУЧЕНИЕ ИЗДЕЛИЙ С НАРУЖНЫМИ РЕБРАМИ ПЛАСТИЧЕСКИМ
ДЕФОРМИРОВАНИЕМ
С.Н. Ларин, С.С. Яковлев, И.С. Хрычев
Существует ряд способов и устройств для создания ребер на оболочках, однако аналоги имеют низкую производительность, что приводит к увеличению стоимости конечного продукта, к тому же требуется специализированное оборудования. Поэтому требуется разработка новых методов получения ребристых наружных поверхностей на цилиндрических изделиях, которые могут применяться в качестве ребер жесткости или корпусов теплообменников. Был разработан новый способ оребрения, который заключается в локальном пластическом формоизменении вытяжкой с утонением. В работе приводятся схемы перед началом формоизменения и трехмерная форма получаемого изделия, а также график технологической нагрузки усилие-путь. В работе описываются основные аналоги разрабатываемого метода, основные достоинства способа, а также оценивается новый способ с помощью компьютерного моделирования. Делаются выводы о том, возможно ли применять способ для получения цилиндрических оболочек с ребрами на наружной поверхности.
Ключевые слова: ребра, локальное пластическое формоизменение, метод, деформирование, ребра жесткости.
Изделия с ребрами на наружной поверхности применяются во многих отраслях промышленности и производства, например, в качестве корпусов, к которым предъявляются требования повышенной жесткости, или могут выступать в качестве деталей теплообменных аппаратов, у которых необходимо увеличивать теплообмен за счет увеличения площади внешней поверхности. Зачастую к ним предъявляют особые требования по качеству и точности изготовления, к тому же существует необходимость в снижении их себестоимости и повышении производительности, поэтому актуальным является разработка новых энергоэффективных способов получения таких изделий.
Существует ряд аналогов (способов и устройств) для создания ребер на оболочках. Например, известен способ производства труб с продольными наружными ребрами на роликовом стане [2]. Недостатком способа является низкая производительность, ограниченность числа формируемых ребер ввиду конструктивных особенностей.
Известен способ изготовления тонкостенных труб с наружными спиральными ребрами и устройство для его осуществления [3]. Недостатком способа изготовления тонкостенных труб с наружными спиральными ребрами с помощью скручивания является низкая производительность и большая трудоемкость.
Таким образом существующие аналоги имеют низкую производительность, что приводит к увеличению стоимости конечного продукта, к тому же требуется специализированное оборудование.
В предлагаемом же техническом решении такие детали изготавливаются локальным пластическим деформированием при помощи классических гидравлических прессов. К тому же при помощи новой технологии создания ребер возможно получение как продольных, так и наклоненных ребер высокого качества, что существенно расширяет область использования технологии.
Сущность новой разработанной технологии заключается в совмещении вытяжки с локальным утонением в специальной фасонной матрице и вращающимся вокруг свой оси пуансоном (рис. 1). При пластическом формоизменении происходит образование спиральных выступов на внешней поверхности заготовки, при этом возникает крутящий момент, под которым начинается вращение заготовки с пуансоном.
Для оценки предлагаемого способа оребрения были проведены компьютерные моделирования в программе QForm [4-10], при которых оценивались технологические параметры операции. Моделирование заключалось в том, что с алюминиевой заготовкой, изготовленной из алюминиевого сплава Д16, осуществляли вытяжку с локальным утонением стенки. Проводилось формоизменение заготовки типа стакан с толщиной стенки 3 мм и внешним диаметром 36 мм, при этом высота получаемых выступов (ребер) составляет 1,5 мм с углом подъема 30° и их количеством - 12 шт.
534
