CC BY
3
УДК 621.73.01
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-5-419-420
ИССЛЕДОВАНИЕ ОПЕРАЦИИ ПОЛУЧЕНИЯ КОЛЬЦЕВЫХ УТОЛЩЕНИЙ ХОЛОДНОЙ
ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКОЙ
И.К. Цепляев
Штамповка позволяет изготавливать детали различной формы и размеров, которые могут быть использованы в различных машинах и оборудовании. Штамповка может быть использована для изготовления деталей, таких как корпуса, крышки, панели, решетки, крепежные элементы и т.д. Одним из видов деталей является изделия типа кольца с фланцевым утолщением. Они могут применяться как переходники, втулки или как части сборочных единиц. Поэтому вопрос об их изготовлении является открытым и актуальным. В данной работе проводится анализ получения, описанного выше изделия с помощью холодной объемной штамповки из кольцевой заготовки. Исследование проводится путем компьютерного моделирования в программном обеспечении QForm. Оценка процесса проводится относительно нескольких критериев, а именно повреждаемости и температуры материала, вероятности получения изделия с внешними дефектами. Приводятся изображения этих характеристик в виде полей на полуфабрикате, проводится анализ их наибольших величин, а также распределения по изделию.
Ключевые слова: фланцевые утолщения, температура, исследование, компьютерное моделирование, повреждаемость, штамповка.
Штамповка стальных заготовок — это технологический процесс, который широко используется в машиностроительном производстве и других отраслях промышленности для создания различных деталей. Штамповка может быть применена в разных сферах производства, например, электротехнике автомобильном производстве, машиностроении, аэрокосмической отрасли и многих других. Она позволяет изготавливать детали различной формы и размеров, которые могут быть использованы в различных машинах и оборудовании. Штамповка может быть использована для изготовления деталей, таких как корпуса, крышки, панели, решетки, крепежные элементы и т.д. Одним из видов деталей являются изделия типа кольца с фланцевым утолщением. Они могут применяться как переходники, втулки или как части сборочных единиц.
Одним из видов их изготовления можно назвать объемную штамповку. При таком процессе важной задачей является получение качественного изделия, поэтому перед непосредственным производством возможно проведение предварительных исследований [1-4]. Как правило, такие исследования проводятся в несколько этапов. Во-первых, происходит аналитическое исследование процесса, расчетное определение технологической силы, выявление технологическим параметров штамповки, построение чертежей, выбор оборудования. На втором этапе, проводят компьютерное моделирование процесса, что позволяет выявить все особенности процесса и необходимые характеристики.
а
И ! ! ; П I 1 И Ё : I : б
{ : ; ; с с ; ; е ; ; ; в
Рис. 1. Повреждаемость
Для проведения компьютерных моделирований необходимо специальное программное обеспечение, в частности, возможно применение программ на основе метода конечных элементов. Примером такой программы может быть QForm [5-9], основной задачей которой является моделирование процессов обработки металлов давлением. Поэтому для исследования получения кольцевой заготовки с фланцем
Известия ТулГУ. Технические науки. 2023. Вып. 5
была она и использована. Задачей работы было определение качества получаемого изделия при разных смазочных материалах, используемых в расчетах, поэтому были определены параметры повреждаемости материала (рис. 1).
В целом увеличение коэффициента трения, в данном случае при использовании смазки с самым низким коэффициентом трения, максимальная повреждаемость в изделии не превышает 0,35, при увеличении трения повреждаемость увеличивается до 0,6. Однако стоит отметить, что увеличенная повреждаемость наблюдается только в углах формируемых изделий, в основной части кольцевого полуфабриката повреждаемость равна 0, а во фланцевой части не превышает 0,25.
Еще одним методом оценки качества является способ определения вероятности появления дефектов по критерию Gartfield (рис. 2).
Рис. 2. Вероятность появления дефектов
Во всех рассматриваемых случаях использования разной смазки вероятность дефектов практически одинакова, в отдельных зонах достигает 0,8, однако в большинстве площади этот показатель не превышает 0,5. Поэтому можно предположить, что значение 0,8 является больше погрешностью расчета. Также важной частью исследования является оценка температур материала заготовки (рис. 3).
230
Рис. 3. Температуры в заготовке
В нижней части заготовки температура материала равна первоначальной температуре. Во фланцевой зоне температура повышается до 240 градусов по Цельсию, причем температура при всех коэффициентах трения одинакова.
В результате можно отметить следующее. При заданных условиях штамповки и различных смазочных материалах вероятность появления дефектов и температура материала практически не отличается, однако повреждаемость материала зависит от коэффициента трения, и при его увеличении происходит ее возрастание.
Список литературы
1. Сторожев М. В. Теория обработки металлов давлением: учебник для вузов. 4-е изд., перераб. и доп. / М. В. Сторожев, Е. А. Попов. М.: Машиностроение, 1977. 423 с.
2. Никифоров А.Д. Современные проблемы науки в области технологии машиностроения. / А.Д. Никифоров. М.: Высшая школа, 2006. 392 с.
3. Филонов И.П. Инновации в технологии машиностроения: Учебное пособие / И.П. Филонов, И.Л. Баршай. Минск: Высшая школа, 2009. 110 с.
4. Технология обработки давлением цветных металлов и сплавов : учебник для вузов / А. В. Зиновьев, А. И. Колпашников, П. И. Полухин [и др.]. М.: Металлургия, 1992. 512 с.
5. Вобликов Г. А. Анализ температур при проведении операции отбортовки // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. № 9. С. 333-335. EDN: MQITVT.
6. QForm 2D/3D Программа для моделирования процессов обработки металлов давлением Версия УХ. Часть 2. Руководство пользователя. «КванторФорм», 2018. 431 с
7. Программа для моделирования процессов обработки металлов давлением. Версия VX 8.2. Учебный курс на примерах. Часть 3. Учебный курс на примерах. «КванторФорм», 2017. 196 с.
8. Игнатьев К. А., Морозов С. А. Моделирование новой технологии изготовления детали "Пробка" для крана шарового в программе QFORM // Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2008. № 6. С. 3. EDN: JWKJPJ.
9. Леняшин В. Б., Паршиков А. С. Сравнительный анализ способов горячей объемной штамповки поковок с использованием QFORM // Вестник Московского государственного университета приборостроения и информатики. Серия: Машиностроение. 2010. № 31. С. 16-24. EDN: RUCOMT.
Цепляев Илья Константинович, студент, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Научный руководитель: Платонов Валерий Иванович, канд. техн. наук, доцент, Россия, Тула, Тульский государственный университет
STUDY OF THE OPERATION OF OBTAINING RING BLOCKINGS BY COLD VOLUME FORGING
I.K. Tseplyaev
Stamping allows you to produce parts of various shapes and sizes that can be used in various machines and equipment. Stamping can be used to make parts such as enclosures, covers, panels, grilles, fasteners, etc. One of the types of parts is products such as a ring with a flange thickening. They can be used as adapters, bushings or as part of assembly units. Therefore, the question of their manufacture is open and relevant. In this paper, an analysis is made of the production of the above-described product using cold forging from an annular blank. The study is carried out by computer simulation in the QForm software. The evaluation of the process is carried out in relation to several criteria, namely the damageability and temperature of the material, the probability of obtaining a product with external defects. Images of these characteristics are given in the form offields on the semi-finished product, their largest values are analyzed, as well as the distribution over the product.
Key words: flange thickenings, temperature, research, computer modeling, damageability, stamping.
Tseplyaev Ilya Konstantinovich, 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
