CC BY
4
Научный руководитель: Платонов Валерий Иванович, канд. техн. наук, доцент, Россия, Тула, Тульский государственный университет
STUDYING THE EFFECT OF FRICTION ON THE PROCESS OF SHEET STAMPING
K.A. Galitsina
Friction plays an important role in the formation of a part by plastic forming methods. It affects not only the quality of the resulting product, but also the wear of die equipment, energy efficiency of processes. In this paper, an assessment is made of how friction affects the processes ofplastic forming during sheet stamping, namely, the operation of expanding a pipe billet with edge curling. A comprehensive assessment of technology requires a study of not only the load, but also the temperature, the stressed and deformed state, and other parameters. It is important to evaluate the maximum values and their distribution throughout the part. In the same work, the maximum values of intensities and strains, load and temperature are estimated at different friction coefficients. The paper also studies the distribution of average stresses over the part. Consideration is given to several methods for reducing the effect of, friction on deformation processes. Conclusions are drawn about how friction affects the process of plastic forming.
Key words: plastic deformation, expansion, billet, stress intensity, strain intensity, load.
Galitsina Ksenia Alekseevna, undergraduate, 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: 10.24412/2071-6168-2023-4-354-357
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ХОЛОДНОЙ ШТАМПОВКИ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМАХ ТРЕНИЯ
И.К. Цепляев
Обработка металлов методом давления является важной технологией в производстве различных металлических изделий в различных промышленностях. Этот метод позволяет повысить качество и точность деталей, увеличить производительность и экономить материалы. Одной из технологий обработки металлов давлением является холодная объемная штамповка, которая является востребованной благодаря своим достоинствам. В данной работе рассматриваются основные достоинства штамповочного производства, оцениваются области, в которых используется обработка металлов давлением. Рассматривается процесс получения пластическим формоизменением кольцевой заготовки с фланцевой частью с помощью компьютерного моделирования. Оценивается технологическая сила формоизменения при использовании различных типов смазочных жидкостей. Приводятся изображения готовой детали, полученные компьютерным моделированием, а также графики технологических сил штамповки, полученных аналогичным методом. Делаются выводы о том, какие смазочные жидкости влияют на процесс пластического изменения формы и то, как происходит изменение технологической силы в зависимости от применяемой смазки.
Ключевые слова: кольцевая деталь с утолщением, холодная объемна штамповка, производство, технологическая сила, компьютерное моделирование.
Обработка металлов методом давления является важной технологией в машиностроительном производстве. Эта технология позволяет создавать высококачественные и точные детали, а также улучшать их свойства и характеристики. Применение обработки металлов давлением в машиностроительном производстве имеет множество преимуществ, и это делает ее одной из наиболее востребованных и применяемых технологий в отрасли [1-3]. Обработка давлением металлов является сложным процессом, требующим использования различных методов и технологий, и применяется во многих отраслях промышленности [4-6]:
1. Автомобильная промышленность. Обработка металлов давлением используется для производства различных деталей автомобилей, включая кузов, двери, крылья, радиаторы, колеса и другие.
2. Авиационная и космическая промышленность. Обработка металлов давлением используется для создания частей и компонентов авиационных и космических систем, таких как двигатели, лопасти винтов, обшивки кабин, корпусных изделий.
Технологии и машины обработки давлением
3. Энергетическая промышленность. Штамповка используется для производства различных элементов энергетических систем, включая турбины, генераторы, трансформаторы, опоры линий электропередачи и пр.
4. Медицинская промышленность. Обработка металлов давлением используется для создания медицинского оборудования и инструментов, таких как инструменты для хирургических операций, протезы, элементы диагностического оборудования.
5. Производственная промышленность. ОМД используется для изготовления различных металлических конструкций, машин и оборудования, включая насосы, трубы, краны, металлические конструкции и другие.
Одним из изделий, получаемых штамповкой, и которая является часто встречаемой в различных машинах, конструкциях и устройствах является кольцевая деталь с утолщениями (фланцами). Такая деталь (рис. 1) может использоваться как переходник, вкладыш, опора, подставка. Наиболее рациональным методом получения такой детали является холодная штамповка, так как в результате такой операции происходит улучшение прочностных характеристик изделия.
Рис. 1. Кольцевая деталь в разрезе, полученная холодной штамповкой
Рассматривается производство такой детали с помощью холодной штамповки пуансоном в матрице. В этом случае фактически происходит осадка верхней части кольцевой заготовки для получения фланцевой части. Данный процесс может проводиться при разных режимах трения, то есть при разных смазочных материалах. В данной работе рассмотрим приближенную ситуацию к реальной, при которой используются реальные смазочные материалы, а не абстрактные коэффициенты трения по Кулону. Для этого проводилось компьютерное моделирование [7-10] в программе QForm, при котором деформировалась стальная кольцевая заготовка. Использовались следующие виды смазки: графит + вода, фосфаты + мыло, и для сравнения было смоделировано формоизменение без применения смазки, то есть реали-зовывалось трение сталь по стали. Трение задавалось через смешанный закон (Кулона и Зибеля). И были получены графики сил, требуемых для формоизменения (рис. 2).
-Без смазки -Графит + Вода -Фосфаты + Мыло
3000 2500 2000
х
*
га 1500
и
1000 500 0
0 0,25 0,5 0,75 1 1,25 1,5 1,75 2 2,25 2,5 2,75 Рабочий ход, мм
Рис. 2. График силы
Кривые графика силы имеют одинаковый характер изменения, однако максимальные силы отличаются. Наибольшая сила приходится на ситуацию, при которой смазка отсутствовала и на конечных стадиях формоизменения сила достигала около 2400 кН. Наименьшая сила наблюдается при использовании фосфатно-мыльной смазки, которая при этом имеет наименьший фактор трения, относительно других рассматриваемых.
Список литературы
1. Штамповка тонкостенных изделий с активизацией контактных сил трения / М.И. Поксеват-кин, А.А. Иванайский, С.В. Герман, Е.М. Басова // Актуальные проблемы в машиностроении. 2015. № 2. С. 132-136.
2. Тюрин В.А. Теория обработки металлов давлением: учебник для вузов; под ред. проф. В.А. Тюрина / В.А. Тюрин, А.И. Мохов. Волгоград: Политехник, 2000. 416 с.
3. Суслов А.Г. Научные основы технологии машиностроения: научная монография / А.Г. Суслов, А.М. Дальский. М.: Машиностроение, 2002. 684 с.
4. Сидельников С.Б. Элементы расчетов процессов обработки металлов давлением: учеб, пособие / С.Б. Сидельников, Н.Н. Довженко, И.С. Гоголь. Красноярск: ГАЦМиЗ, 1999. 108 с.
5. Денищев Т.В. Штамповка номенклатуры поковок деталей типа эксцентриковый вал на КГШП и гидравлических прессах // Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2008. № 9. С. 5.
6. Ковка и штамповка: справочник. В 4 т. / Е.Н. Семенов [и др.]. М.: Машиностроение, 1987. Т. 3. Холодная объемная штамповка / под ред. Г.А. Навроцкого. 1987. 384 с.
7. 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.
8. САПР изделий и технологических процессов в машиностроении / Р.А. Аллик, В.И. Бородянский, А.Г. Бурин и др.; Под общ. ред. Р.А. Аллика. Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние. 1986. 319 с.
9. 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.
10. Ларин С.Н., Платонов В.И., Матченко Н.М. Напряженно-деформационное состояние стальных труб при обратном выдавливании // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. Вып. 4. С. 424-428.
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
INVESTIGATION OF THE PROCESS OF COLD FORGING UNDER DIFFERENT FRICTION MODES
I.K. Tseplyaev
Metal processing by pressure is an important technology in the production of various metal products in various industries. This method improves the quality and accuracy of parts, increases productivity and saves materials. One of the technologies for processing metals by pressure is cold forging, which is in demand due to its advantages. This paper discusses the main advantages of stamping production, evaluates the areas in which metal forming is used. The process of obtaining an annular blank with a flanged part by plastic forming using computer simulation is considered. The technological force of forming is estimated when using various types of lubricating fluids. The image of the finished part, obtained by computer simulation, as well as graphs of the technological forces of stamping, obtained by a similar method, are given. Conclusions are drawn about which lubricating fluids affect the process of plastic shape change and how the technological force changes depending on the lubricant used.
Key words: annular part with a thickening, cold forging, production, technological force, computer simulation.
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
