CC BY
8
УДК 621.73.01
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-5-322-326
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЕРОЯТНОСТИ ОБРАЗОВАНИЯ ДЕФЕКТОВ И ТЕМПЕРАТУР ПРИ ОТБОРТОВКЕ С УТОНЕНИЕМ
Г.А. Вобликов
Отбортовка в качестве операции обработки металлов давлением применяется довольно часто, при этом на протекание процесса оказывает значительное влияние величина трения. В данной работе проводится оценка влияния трения, а именно коэффициента трения по Кулону на несколько показателей операции отбортовки с утонением металла. Приводятся достигнутые в ходе компьютерного моделирования в программе QForm результаты. Проводится исследование с помощью моделирований методом конечных элементов вероятность образования дефектов, наибольшие сжимающие напряжения, максимальная температура в заготовке и наибольшая температура в пуансоне и матрице. Приводятся схемы распределения температур в заготовке, а также средние напряжения, распределенные по объему полуфабриката, изготовленного обработкой металлов давлением. Делаются выводы о том, как влияют коэффициенты трения на численные величины вероятности образования дефектов по ОаН-АвШ, средних напряжений (сжимающих), температуру в заготовке и штамповой оснастке, которой происходит осуществление изменение формы плоской листовой стальной заготовки.
Ключевые слова: повреждаемость, дефекты, поверхность, отбортовка, температура, заготовка.
Исследования процессов ОМД позволяет многое, например, более точно изучить поведение материала при оказании на него давления, разработать новые способы формоизменения, изучить предельные возможности формообразования и пр. В частности, возможно изучение влияния различных факторов, например, трения, на другие показатели процесса. Так при изучении влияния трения важным является оценка вероятности образования дефектов, а также температура, до которой разогревается инструмент и заготовка в результате непосредственно трения и формообразующих сил [1-3]. В настоящей работе и будет исследовано влияние коэффициента трения Кулона на: температуру, средние напряжения, и вероятность образования дефектов с помощью полей Gartfield.
Такое исследование возможно провести с помощью компьютерного моделирования в программе QForm [4-9]. В которой создается первоначально трехмерная модель, а затем проводится ее формоизменение с выявлением необходимых данных. Моделировалась отбортовка с утонением изотропного [10] стального диска с отверстием в центре.
В результате были выявлены основные исследуемые характеристики, которые представлены в таблице. Там приведены максимальные величины, которые были обнаружены в ходе всего процесса, преимущественно на последних стадиях формоизменения.
Для оценки вероятность образования дефектов были выбраны поля Gartfield. В результате моделирования было установлено, что трение оказывает на этот параметр влияние. Так при трении 0 величина полей составляет 0,36, а при коэффициенте трения 0,35 - на 10% выше и составляет 0,4. Однако эти величины допустимы и вероятность образования дефекта во всех случаях невелика. При этом поля Gartfield наблюдаются только в краевой части отбортованного материала, который в любом случае подвергается дальнейшей обрезке.
Также важной характеристикой являются сжимающие напряжения, образующиеся в результате формирования конечного изделия. Чем выше этот параметр - тем ниже вероятность потери устойчивости материала заготовки. В данном случае происходит рост сжимающих напряжений с увеличением коэффициента трения Кулона, при этом рост составляет почти 25%.
Максимальные величины оцениваемых характеристик отбортовки
Параметры Коэффициент трения 0 Коэффициент трения 0,1 Коэффициент трения 0,3
Поле Гартфилд 0,36 0,38 0,4
Сжимающие напряжения, МПа 840 903 1005
Температура заготовки, °С 99 108 120
Температура инструмента, °С 97,3 107 118
При анализе температур было установлено, что при увеличении коэффициента трения происходит рост температуры и заготовки, и инструмента примерно на 20%. При этом разница между температурами в заготовке и инструмента (максимальными) составляет несколько градусов. Что связано с повышением температуры сначала в заготовке за счет формоизменения, а далее теплообмен осуществляется с инструментом. Наибольшая температура наблюдается на пуансоне, на матрице температура установлена меньшая.
Далее был проведен анализ распределения по материалу полуфабриката температуры и средних напряжений (рисунок).
б
Температура в заготовке (а) и средние напряжения (б)
Наибольшая температура наблюдается в краевой части отбортованного материала и достигает 190 градусов, во фланцевой части температура не меняется, что связано с отсутствием деформаций и трения в этой области. Анализ средних напряжений показал, что в области пластического формоизменения наблюдаются в некоторых областях сжимающие напряжения, а в некоторых растягивающие. В области утонения материала преобладают сжимающие напряжения, а в местах, где утонение уже было проведено - растягивающие, что связано с увеличением длинны за счет растягивания материала.
Таким образом установлено, что трение оказывает большое влияние на температуру материала заготовки и инструмента, сжимающие напряжения и поля вероятности образования дефектов. В данном случае лучше реализовывать формоизменения как можно с меньшим коэффициентом трения, за счет применения соответствующих смазочных материалов.
Список литературы
1. Подтягин В.Э. Исследование распределения температур в заготовке и штам-повой оснастке при обратном // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып. 11. С. 475-477.
2. Яковлев С.С. Влияние глубины внедрения пуансона на температуру в заготовке и инструменте при локальном формировании рифель // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. Вып. 3. С. 135-138.
3. Яковлев С.С. Исследование температуры инструмента при рифлении // Инновации технических решений в машиностроении и транспорте // Сборник статей VIII Всероссийской научно-технической конференции для молодых ученых и студентов с международным участием / Под научной редакцией В.В. Салмина. Пенза: Пензенский государственный аграрный университет, 2022. С. 266-269.
4. Астахов А.С., Шамин Н.А. Оценка возможностей деформирования крупногабаритной цилиндрической поковки из высокопрочного сплава // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2019. Вып. 3. С. 342346.
5. Панфилов Г.В., Нгуен В.Т., Михальченко С. Н. Вдавливание клинового пуансона в полуплоскость // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2018. Вып. 6. С. 17-32.
6. Петрухин Н.В., Поцелуев К.О., Самсонов Н.А. Исследование операции многоступенчатого профилирования тонкой металлической ленты // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2019. Вып. 3. С. 290-293.
7. Яковлев С.С., Герасимова О.М. Определение силовых параметров при многооперационной вытяжке с локальным пластическим деформированием // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2018. Вып. 4. С. 2126.
8. Шамин Н.А., Астахов А.С., Ерошкин Д.В. Оценка силовых параметров выдавливания крупногабаритных цилиндрических изделий с отверстием в дне из высокопрочных алюминиевых сплавов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2019. Вып. 3. С. 356-360.
9. Грязев М.В., Ларин С.Н., Пасынков А.А. Оценка влияния анизотропии материала на силу вытяжки с прижимом через радиальную матрицу // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2018. Вып. 2. С. 244248.
10. Патент № 2682127 Российская Федерация, МПК G01N 3/28 (2006.01). Способ испытания листового металла: № 2018120681: заявл. 04.06.2018: опубл. 14.03.2019, бюл. № 8 / Коротков В.А., Ларин С.Н., Платонов В.И., Исаева А.Н., Яковлев С.С., Романов П.В. 14 с.
Вобликов Григорий Алексеевич, студент, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
STUDY OF THE PROBABILITY OF FORMATION OF DEFECTS AND TEMPERATURES
DURING FLASHING WITH THINNING
G.A. Voblikov 324
Flanging as a metal forming operation is used quite often, while the process is significantly affected by the amount of friction. In this paper, we evaluate the effect of friction, namely the Coulomb friction coefficient, on several numerical indicators of the flanging operation with metal thinning. The results achieved in the course of computer simulation in the QForm program are presented. Investigation is carried out using finite element simulations on the probability of defect formation, the highest compressive stresses, the maximum temperature in the workpiece and the highest temperature in the punch and die. Schemes of temperature distribution in the workpiece are given, as well as average stresses distributed over the volume of the semi-finished product made by metal forming. Conclusions are drawn on how the friction coefficients affect the numerical values of the probability of formation of defects according to Gartfield medium stresses (compressive), the temperature in the workpiece and die tooling, which occurs when the shape of a flat steel sheet is changed.
Key words: damageability, defects, surface, flanging, temperature, billet.
Voblikov Grigorii Alekseevich, student, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University
