CC BY
4
temperature, friction, geometry and setting of the tool and workpiece, as well as using computer calculation. When performing the results of computer simulations carried out in the framework of this study. The simulation was carried out in the software-analytical complex QFORM, based on the finite element method, in which reliable data and images were obtained. Schemes of an acutely deformed state and tabular data on their maximum values are used. Sharp influences of the degree of thinning on the degree of deformation, increase in the degree and injury of the material are made according to the criterion of destruction of Cock-croft-Latham during flanging.
Key words: flanging, thinning, damage, stresses, deformations, deformation, processing, pressure.
Voblikov Grigorii Alekseevich, student, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.73.01
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-4-467-471
ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ И ДЕФОРМАЦИЙ ПРИ РЕАЛИЗАЦИИ ОБРАТНОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ
К.А. Березина
Проводились компьютерное моделирования процесса обработки металлов давлением в программе QForm, на основе которых были исследованы закономерности влияния коэффициента трения на некоторые параметры обратного выдавливания. Было оценено влияние коэффициента трения Кулона на средние напряжения, интенсивности напряжений и деформаций, которые образуются на последней стадии формирования изделия. Деформационные изменения проходят в экспериментальном упрощенном штампе, в котором сооснорасположены матрица для выдавливания и пуансон выдавливания. Приводятся схемы распределения напряжений, деформаций и средних напряжений в сечении полуфабриката. Оценивается напряженное и деформированное состояние для заготовки алюминиево-магниевого сплава, которая по форме является цилиндром. Делаются выводы о том, как влияет трение, а именно коэффициент трения, на напряженно-деформированное состояние при обратном выдавливании детали, у которой отсутствует симметрия, и имеются выступ и стенка. Приводятся варианты исследований для дальнейшей оценки получения асимметричных изделий обработкой металлов давлением с применением методов холодного обратного выдавливания в открытых штампах.
Ключевые слова: деформации, выдавливание, трение, коэффициент трения, напряжения, средние напряжения.
Некоторые процессы обработки металлов давлением характеризуются сложным напряженным и деформированным состояниям [1-3]. Большинство этих процессов связано с объемной штамповкой или комбинацией нескольких операций или способов формоизменений в одном. От напряженного и деформированного состояния зависит поведение материала, его разрушение, течение и т.п. Поэтому исследования напряжений и деформаций в процессе формоизменения является важной задачей, в том числе актуальна она и для операции обратного выдавливания.
Обратным выдавливанием получается широкая номенклатура изделий, в том числе этим методом возможно изготовление изделий без осевой симметрии, у которых имеются выступающие элементы, которые могут послужить, например, в качестве стопорных. Именно такую деталь необходимо изготовить с помощью обратного выдавливания. Однако процесс может проходить при различных режимах трения, коэффициентах трения, которые в свою очередь в значительной мере могут повлиять на протекае-мые процессы. Поэтому в работе будет исследоваться влияние коэффициента трения на напряжения, средние напряжения и деформации, которые являются одними из основных теоретических показателей процессов.
Для исследования были проведены компьютерные моделирования обратного выдавливания с несколькими вариантами коэффициента трения Кулона, которые составили 0, 0,1 и 0,3, в компьютерной модели QForm [4-10]. Формоизменялась цилиндрическая заготовка, материалом которой является деформируемый алюминиево-магниевый сплав АМг3. Температура инструмента (матрицы и пуансона), а также заготовки составила 20 градусов.
Были получены напряжения, средние напряжения и деформации для выбранных коэффициентов трения в полуфабрикате на финальной стадии формоизменения. Однако характер их распределения во всех случаях практически одинаков и из-за отсутствия целесообразности в приведении всех изображений на рисунке приведены только распределения для коэффициента трения 0,3.
б
1200 1400 1600
ггю
2400 2600
Деформации (а), напряжения (б) и средние напряжения (в) при коэффициенте трения Кулона 0,3
468
а
в
Деформации в основном присутствуют в зоне сформированной выемки и в дне полуфабриката. Интенсивность напряжений также распределена в нижней части детали, а также в центральном выступе, в верхней части стенки напряжения малы, по сравнению с остальной частью детали. В полуфабрикате наблюдаются как сжимающие, так и растягивающие напряжения. При этом сжимающие наблюдаются в центральном выступе, а растягивающие в стенке.
Наибольшие величины рассматриваемых характеристик были установлены и приведены в таблиц.
Таблица 1
Максимальные значения исследуемых величин_
Коэффициент трения 0 0,1 0,3
Величина растягивающих напряжений, МПа 600 400 600
Величина сжимающих напряжений, МПа 900 1800 2800
Интенсивность напряжений, МПа 360 375 380
Деформации 8,5 7,5 10,5
При коэффициенте трения 0,3 величина деформации наблюдается самая высокая из рассматриваемых вариантов. Наименьшая деформация при 0,1, при этом отличие их составило почти 30%
Интенсивность напряжений отличается в зависимости от коэффициента трения, и с его увеличением возрастает и интенсивность напряжений, однако рост не столь велик и составляет примерно 5%.
При оценке средних напряжений было установлено, что наибольшие сжимающие напряжения зависят от трения. Так при отсутствующем трении сжимающие напряжения составляют 900 МПа, а при 0,3 в 3,2 раза больше и составляют 2800 МПа. Максимальные растягивающие напряжения при трении 0 и при 0,3 одинаково и составляет 600 МПа, а при 0,1 - 400 МПа.
Таким образом было установлено, что трение оказывает большое влияние на величины растягивающих и сжимающих напряжений, интенсивности напряжений и деформаций. При этом с увеличением трения происходит возрастание максимальных величин деформаций, сжимающих напряжений, а также интенсивности напряжений.
Дальнейшие исследования будут направлены на более детальное изучение взаимосвязи различных факторов на получение конечного изделия и характеристики процессов.
Список литературы
1. Березина К. А. Изготовление асимметричных изделий выдавливанием // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. № 2. С. 1114.
2. Каркач Л. В. Напряженное и деформированное состояние при получении ступенчатой детали // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. № 12. С. 147-149.
3. Яковлев С. С. Оценка влияния геометрии инструмента на напряжения в заготовке и силу при раздаче // Гагаринские чтения 2017: Тезисы докладов. М.: Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), 2017. С. 372373.
4. Вилимок Я.А. Деформация при вытяжке деталей сложной формы в ленте // XLVI Гагаринские чтения: Сборник трудов Международной молодежной научной конференции. Секция «Механика и моделирование материалов и технологий». М.: Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН, 2020. С. 24-25.
5. Пасынков А.А., Ларин С.Н., Исаева А.Н. Теоретическое обоснование схемы обратного изотермического выдавливания трубной заготовки с активным трением и вытяжкой ее краевой части // Заготовительные производства в машиностроении. 2020. Т. 18. № 12. С. 540-543.
6. Ларин С.Н., Тушин Р.А., Пасынков А.А. Анализ характера течения металла при комбинированном выдавливании прутковой заготовки в гладкую цилиндрическую матрицу // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 7. С. 8-12.
7. Вытяжка листовых заготовок переменной толщины для изготовления корпусных деталей электротехнической промышленности / А.Н. Малышев, С.А. Бысов,
B.Д. Кухарь [и др.] // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. 2021. № 4. С. 30-36.
8. Гасанов А.И. Получение нестандартных головок соединительных элементов пластическим деформированием // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. Вып. 2. С. 21-24.
9. Яковлев С.С. Оценка влияния геометрии инструмента на напряжения в заготовке и силу при раздаче // XLIII Гагаринские чтения : Материалы Международной молодежной научной конференции. Секция "Механика и моделирование материалов и технологий". М.: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук, 2017.
C. 88.
10. Пасынков А.А., Герасимова О.М., Яковлев Б.С. Изотермический обжим крупногабаритных заготовок // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып. 5. С. 102-106.
Березина Ксения Алексеевна, студентка, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет.
RESEARCH OF STRESSES AND DEFORMATIONS DURING THE IMPLEMENTATION OF BACK-EXTRACTION
K.A. Berezina
Computer simulation of the metal forming process was carried out in the QForm program, on the basis of which the regularities of the influence of the friction coefficient on some parameters of back extrusion were studied. The influence of the Coulomb friction coefficient on the average stresses, stress and strain intensities, which are formed at the last stage of product formation, was evaluated. Deformation changes take place in the experimental simplified stamp, in which the extrusion die and the extrusion punch are located coaxially. Schemes of distribution of stresses, deformations and average stresses in the section of a semi-finished product are given. The stressed and deformed state is estimated for an aluminum-magnesium alloy billet, which is a cylinder in shape. Conclusions are drawn about how friction, namely the coefficient of friction, affects the stress-strain state during reverse extrusion of a part that has no symmetry and has a protrusion and a wall. Research options are presented for further evaluation of the production of asymmetric products by metal forming using cold back extrusion methods in open dies.
Key words: deformations, extrusion, friction, coefficient of friction, stresses, average
stresses.
Berezina Ksenia Alekseevna, undergraduate, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.73.01
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-4-471-475
ОЦЕНКА ПОВРЕЖДАЕМОСТИ и вероятности образования ДЕФЕКТОВ В ГОЛОВКЕ БОЛТОВОГО СОЕДИНЕНИЯ ПРИ ЕГО ШТАМПОВКЕ
А.И. Гасанов
В машиностроении и других отраслях часто применяются соединительно-крепежные изделия, причем есть необходимость в изготовлении таких элементов, чтобы существовала трудность в их откручивании, например, для избежания несанкционированного ремонта или случайного разрыва соединения. В таком случае необходимо изготовление болтового соединения с нестандартной головкой. Причем изготовление методом штамповки таких изделий возможно как при горячих, так и при холодных температурах формоизменения. Поэтому в работе исследуется возможность получения заданной геометрии головки с помощью объемной штамповки в один переход при разных температурах. Проводится компьютерное моделирование процесса штамповки в программе QForm. Исследуются некоторые параметры процесса, в том числе вероятность образования поверхностных дефектов и повреждаемость материала. Приводятся схемы распределения по заготовке исследуемых параметров. Анализируются места с концентрацией наибольшей повреждаемости и вероятности дефектов, а также их наибольшие величины. Делаются выводы о возможности использования данной технологии для изготовления такой конфигурации головки болтового соединения.
Ключевые слова: повреждаемость, дефект, головка, деформация, штамповка, формоизменение, температура.
Штамповка является одним из видов заготовительного производства, с помощью которой изготавливаются, в частности, и соединительные элементы, такие как болты, винты, шпонки т.п. Также штамповкой решается вопрос об изготовлении соединительных элементов с нестандартной головкой, так как именно обработкой металлов давлением изготавливаются подобные изделия. Элементы с необычной головкой применяются в ряде случаев [1] и относятся к специальным деталям, которые не применяются на всех оборудованиях и не являются универсальными.
Изготовление таких головок является сложной технологической задачей, которую необходимо проанализировать прежде, чем подвергать производству. При этом головки могут штамповаться при нескольких режимах: горячая штамповка и холодная. Поэтому в данной работе будет проведено исследование возможности получения головки определенной конфигурации при разной температуре за один переход в закрытом штампе. Анализ будет проводиться с точки зрения исследования вероятности образования дефектов на внешней поверхности головки, а также повреждаемости материала в процессе его деформирования и формоизменения [2-5]. Такой анализ возможен за счет применения метода математического (компьютерного) моделирования в особых программах конечно-элементного анализа, например, QFORM [6-10], которая и была выбрана для проведения настоящей работы.
