CC BY
7
УДК 621.73.01
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-7-370-373
ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ШТАМПОВКИ ДЕТАЛИ С ПЕРЕМЕННЫМ НАРУЖНЫМ ДИАМЕТРОМ И ПРОФИЛЬНЫМ ГЛУХИМ ОТВЕРСТИЕМ
К.А. Березина, А.И. Гасанов, Л.В. Каркач
В работе анализируется возможность изготовления детали обработкой стали давлением, имеющей сложную форму, а именно переменный наружный диаметр и профильное глухое отверстие, расположенное на верхней плоскости осесимметричной детали. Исследование проводится при использовании методов компьютерного анализа и моделирования в особых программных комплексах. Оценивается форма получаемого изделия, технологическая сила формирования детали, максимальные значения напряжений и деформаций. Приводится изображение полуфабриката, полученное компьютерным и математическим моделированием в программе QFORM, которая применяется учеными и инженерами для исследований холодной и горячей штамповки, будь то листовая или объемная. Описывается штамповая оснастка, которая была задействована в компьютерном моделировании. Приводятся полученные моделированием и анализом данные. Делаются выводы о том, возможно ли получение детали необходимой конфигурации обработкой металлов давлением, при использовании описываемых в работе инструментов и при выбранном температурном режиме для данной марки стали.
Ключевые слова: выдавливание, пластическая деформация, рабочий ход, деталь,
сталь.
Обработка металлов давлением позволяет получать самые разнообразные по форме и размерам детали, причем из легкодеформируемых, так и труд но деформируемых материалов при различных режимах [1-6]. Обработкой давлением, операциями объемной штамповки, также возможно получать изделия со сложной наружной конфигурацией, а именно полуфабрикаты под дальнейшую обработку резанием, представляющих собой осесимметричную деталь, имеющую переменные наружный диаметр и профильное глухое отверстие на одной из сторон. Такую деталь возможно изготавливать с помощью горячего комбинированного выдавливания: бокового и прямого.
Процесс может осуществляться следующим образом, цилиндрическую заготовку устанавливают в разъемную матрицу, на боковой поверхности которой имеется кольцеобразная впадина, в которую будет затекать металл. Давление создается пуансоном, на нижней стороне которого имеется выступ, повторяющий форму требуемого глухого отверстия. Таким образом реализуется комбинированное выдавливание в закрытом штампе. Для проверки гипотезы о возможности применения такого метода было проведено компьютерное моделирование в QFORM [7-10], в результате которого были установлены некоторые параметры процесса. Было проведено моделирование штамповки цилиндрической изотропной заготовки из стали 15 при температуре 1150 градусов по Цельсию. Диаметр заготовки составляет 30 мм, а ее высота - 24 мм. Так получено изображение детали после операции (рис. 1).
Рис. 1. Деталь в разрезе
Согласно полученному изображению, смоделированное тело повторяет необходимые геометрические размеры и форму требуемой детали. Визуальных трещин, недоштамповки и других дефектов не наблюдается.
Технологии и машины обработки давлением
По результатам моделирования была установлена наибольшая технологическая сила, которая требуется для формоизменения, а также график технологической силы (рис. 2).
450
Рис. 2. График технологической силы
Рост технологической силы на графике начинается не сразу, это связано с необходимостью подвода пуансона к заготовке. Максимальная силы наблюдается на последнем шаге деформирования и составляет примерно 390 кН. Сначала происходит формирование глухого отверстия и небольшая осадка цилиндрической заготовки, далее осуществляется боковое выдавливание в полость разъемной матрицы и для именно выдавливания бокового требуется нагрузка больше, что видно из графика (рис. 2).
Также были установлены характеристики напряженного и деформированного состояния: максимальная деформация и максимальная интенсивность напряжений, которые установились на величинах:
Максимальная интенсивность деформаций - 3,4;
Максимальная интенсивность напряжений - 315 МПа.
Таким образом, было установлено, что получение детали с переменным наружным диаметром и профильным глухим отверстием с помощью комбинированного горячего выдавливания в закрытом штампе возможно без разрушения материала. Дальнейшие исследования будут нацелены на изучение влияния силы трения, температуры штамповки на технологическую силу, напряженно-деформированное состояние, повреждаемость и другие параметры процесса.
Список литературы
1. Ларин С.Н. Исследование характера течения материала и сил совмещенного процесса изотермического обжима с набором утолщений на торцах трубных заготовок // Проблемы машиноведения // Материалы V Международной научно-технической конференции, Омск, 1617 марта 2021 года. Омск: Омский государственный технический университет, 2021. С. 258263.
2. Гасанов А.И. Получение нестандартных головок соединительных элементов пластическим деформированием // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. Вып. 2. С. 21-24.
3. Пасынков А.А., Трегубов В.И., Хрычев И.С. Прямое выдавливание титановой трубы в инструмент с коническим рабочим профилем // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. Вып. 2. С. 34-37.
4. Яковлев С.С. Новый энергоэффективный способы // Проблемы развития предприятий: теория и практика // Сборник статей IX Международной научно-практической конференции, Пенза, 18-19 апреля 2022 года / Под научной редакцией В.И. Будиной. Пенза: Пензенский государственный аграрный университет, 2022. С. 195-198.
5. Чан Д.Х., Пасынков А.А., Лай Д.З., Фам Х.Х. Исследование эксперимента и моделирование процесса раздачи труб при гидроформовке // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. Вып. 2. С. 28-33.
6. Койдан И.М., Евсюков С.А. Исследование возможности моделирования формоизменения при тиксоштамповке в программном комплексе QForm // Технология легких сплавов. 2013.№ 3.С. 104-107.
7. Элингхаузен Т., Стебунов С. А. QForm 7 - новое слово в моделировании процессов обработки металлов давлением // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. 2014. № 2. С. 31-34.
8. Березина К.А. Изготовление асимметричных изделий выдавливанием // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. Вып. 2. С. 11-14.
9. Богданов С. А. Оценка влияния углов скоса пуансона на максимальные напряжения при комбинированном холодном выдавливании // Молодёжный вестник Политехнического института. Тула: Тульский государственный университет, 2020. С. 16-19.
10. 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, Пенза, 17-18 марта 2022 года / Под научной редакцией В.В. Салмина. Пенза: Пензенский государственный аграрный университет, 2022. С. 266-269.
Березина Ксения Алексеевна, студентка, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Гасанов Аббас Иса оглы, студент, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Каркач Леонид Витальевич, студент, mpf-tula@rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
RESEARCH OF THE POSSIBILITY OF FORGING A PART WITH A VARIABLE OUTER DIAMETER AND A PROFILE BLIND HOLE
K.A. Berezina, A.I. Gasanov, L.V. Karkach
The paper analyzes the possibility of manufacturing a part by forming steel with a complex shape, namely a variable outer diameter and a profile blind hole located on the upper face of an ax-isymmetric part. The study is carried out using the methods of computer analysis and modeling in special software systems. The shape of the resulting product, the technological force of forming the part, the maximum values of stresses and deformations are evaluated. An image of a semi-finished product obtained by computer and mathematical modeling in the QFORM program, which is used by scientists and engineers to study cold and hot stamping, whether it is sheet or volumetric, is given. The die equipment, which was involved in computer modeling, is described. The data obtained by modeling and analysis are presented. Conclusions are drawn about whether it is possible to obtain a part of the required configuration by metal forming, using the tools described in the work and at the selected temperature regime for a given steel grade.
Key words: extrusion, plastic deformation, working stroke, detail, steel.
Berezina Ksenia Alekseevna, undergraduate, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Gasanov Abbas Isa ogly, student, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Karkach Leonid Vitalevich, student, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
