CC BY
8
Хрычев Иван Сергеевич, студент, sulee@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
EVALUATION OF CHANGES IN THE VALUES OF STRESSES AND FORCES WHEN EXTRACTING A RING
BLANK
A.V. Alekseev, I.S. Khrychev
An important task in the design of cold extrusion technologies is to reduce the force loads on the working tool, which, due to the deformation scheme, are significant. In view of this, the article presents the results of a study of the forces and stresses that arise on the tool and in the workpiece when extruding an annular workpiece. On the basis of the performed computer simulation, a quantitative assessment was made of the change in the deformation forces, the maximum stress values, depending on the technological parameters. It is assumed that the material of the ring blanks is aluminum alloy B95. The temperature regime of stamping is deformation in cold conditions. Deformation modes have been established to ensure the reduction of the force load. Dependences of the influence of the degrees of deformation, conditions of contact friction, characteristics of the geometry of the tool on the force and stress are obtained.
Key words: cold extrusion, force, geometry, deformation.
Alekseev Alexander Vladimirovich, undergraduate, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Khrychev Ivan Sergeevich, student, sulee@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.77
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-10-358-361 К ВОПРОСУ О НАПРЯЖЕННОМ И ДЕФОРМИРОВАННОМ СОСТОЯНИИ ПРИ ВЫСАДКЕ
И.В. Гребенщиков
При горячей и холодной объемной штамповке в заготовке и получаемом полуфабрикате возникают сложные механизмы изменения формы, а также сложное напряженное и деформированное состояние, которое требует комплексного изучения. При этом особенно важно сравнение влияния температуры штамповки на напряжения и деформации, создаваемые в теле полуфабриката при его штамповке. В настоящей работе рассматривается интенсивность напряжений, средние напряжения и интенсивности деформаций при высадке с одновременным формированием фланцевой части. Так высадка может осуществляться при разных температурах и для разных материалов, так возможна штамповка не только черных, но и цветных металлов, при этом температура штамповки также может сыграть большую роль на напряженно-деформированное состояние в образце при формировании высадкой фланцевой части. Проводится компьютерное моделирование, по результатам которого анализируются полученные данные и делаются выводы о том, как влияет температура деформирования на напряженное и деформированное состояние. Приводятся схемы распределения интенсивности напряжений, интенсивности деформаций и средних напряжений при высадке с образованием фланца, анализируются полученные качественные и количественные характеристики.
Ключевые слова: алюминий, деформация, напряжения, средние напряжения, высадка.
Операция высадки может значительно повлиять на экономию материала, так при формировании фланцевой части у цилиндрического изделия высадкой происходит значительное повышение коэффициента использованного материала, относительно изготовления такого изделия, например, обработкой резанием [1-4]. При этом в заготовке возникают сложные механизмы изменения формы, а также сложное напряженное и деформированное состояние, которое требует комплексного изучения. При этом особенно важно сравнение влияния температуры штамповки на напряжения и деформации, создаваемые в теле полуфабриката при его штамповке.
Так высадка может осуществляться при разных температурах и для разных материалов, так возможна штамповка не только черных, но и цветных металлов, при этом температура штамповки также может сыграть большую роль на напряженно-деформированное состояние в образце при формировании высадкой фланцевой части. Поэтому в данной работе с помощью компьютерного моделирования проводится исследование напряжений и деформаций. Исследование выполнено по результатам моделирования в программе QForm [5-10]. Моделирования проводились при двух температурах: 20° и 500°, при этом деформировалась заготовка в форме цилиндра из алюминиевого сплава АА2024 (Д16).
Основными исследуемым характеристиками в данной работе являются средние напряжения (рис. 1), интенсивности напряжений (рис. 2) и интенсивности деформаций (рис. 3).
358
б
Рис. 1. Средние напряжения при температуре 20°С (а) и 500°С (б)
Анализ показал, что в нижней части заготовки наблюдаются только сжимающие напряжения, которые достигают величины в -280МПа для горячей штамповки и -1300МПа для холодной. Во фланцевой части наблюдаются растягивающие напряжения с величиной 100 МПа для холодной обработки и 20 МПа для горячей штамповки. Таким образом на величину средних напряжений температура оказывает серьезное влияние.
б
Рис. 2. Интенсивности напряжений при температуре 20°С (а) и 500°С (б)
б
Рис. 3. Интенсивности деформаций при температуре 20°С (а) и 500°С (б)
Наибольшие по величине интенсивности деформаций наблюдаются в области фланцевой части изделия, в нижней части, у основания интенсивность напряжений ниже. При холодной штамповке интенсивность напряжений достигает 350 МПа, а для горячей - 83 МПа. Таким образом разница составляет примерно 420%.
Характер распределения интенсивности деформаций и ее величина для рассматриваемых режимов одинакова, и максимальное значение достигается равное 7,5.
Таким образом в работе было рассмотрено напряженное и деформированное состояние, которое показало, что при горячей штамповке границы минимальных и максимальных средних напряжений, и интенсивности напряжений ниже, чем при холодной. Также установлено, что интенсивность деформаций в рассматриваемых случаях распределена идентично.
Список литературы
1. Аверкиев Ю.А., Аверкиев А.Ю. Технология холодной штамповки. М.: Машиностроение, 1989.
304 с.
2. Ковка и штамповка: Справочник. В 4-х т./ Ред.совет: Е.И.Семенов (пред.) и др. М.: Машиностроение, 1986. Т.2. Горячая штамповка./ Под ред. Е.И.Семенова, 1986. 592 с.
3. Бабенко В.А., Бойцов В.П, Волик Ю.П. Объемная штамповка. Атлас схем и типовых конструкций штампов: Учеб, пособие для машиностроительных вузов. 2-е изд., перераб, и доп. М.: Машиностроение, 1982. 254 с.
4. Алексеев С.Ю. Повышение стойкости штампов при объемной штамповке с помощью моделирования в QFORM // Металлург. 2022. № 6. С. 85-87.
5. Исследование и совершенствование технологии горячей штамповки поковок типа "клапан" моделированием в программе QForm / А.А. Мышечкин, И.Н. Кравченко, Е.В. Преображенская [и др.] // Технология металлов. 2022. № 3. С. 45-54.
6. Яковлев С.С. Исследование процесса получения продольных рифлей на внешней поверхности заготовки // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. № 9. С. 359361.
7. Алексеев А.В. Штамповка фасонных изделий из разных по геометрии заготовок // Инновации технических решений в машиностроении и транспорте: сборник статей VIII Всероссийской научно- технической конференции для молодых ученых и студентов с международным участием. Пенза: Пензен. гос. аграр. ун-т, 2022. С. 7-9.
8. Грибачев Я.В. Влияние трения на деформированное состояние при штамповке // Инновации технических решений в машиностроении и транспорте: сборник статей VIII Всероссийской научно- технической конференции для молодых ученых и студентов с международным участием / Пензенский государственный университет; под ред. Салмина В.В. - Пенза: Пензен. гос. аграр. ун-т, 2022. С. 57-60.
9. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2022666248 Российская Федерация. Программа для расчета технологической силы вытяжки с утонением : № 2022665609 : заявл. 22.08.2022 : опубл. 29.08.2022 / С.С. Яковлев, Л.В. Каркач, А.И. Гасанов; заявитель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Тульский государственный университет».
10. 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.
Гребенщиков Иван Владимирович, студент, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Научный руководитель - Коротков Виктор Анатольевич, канд. техн. наук, доцент, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
TO THE QUESTION OF STRESS AND DEFORMA TION STATE DURING LANDING
I.V. Grebenschickov
During hot and cold forging in the workpiece and the resulting semi-finished product, complex mechanisms of shape change occur, as well as a complex stress and strain state, which requires a comprehensive study. In this case, it is especially important to compare the effect of the forging temperature on the stresses and strains created in the body of the semi-finished product during its forging. In this paper, stress intensity, average stresses and strain intensities during upsetting with simultaneous formation of the flange part are considered. So upsetting can be carried out at different temperatures and for different materials, so stamping of not only ferrous, but also non-ferrous metals is possible, while the stamping temperature can also play a big role on the stress-strain state in the sample when forming the flange part by upsetting. Computer simulation is carried out, based on the results of which the obtained data are analyzed and conclusions are drawn about how the deformation temperature affects
360
the stressed and deformed state. Schemes of the distribution ofstress intensity, strain intensity and average stresses during upsetting with flange formation are given, the obtained qualitative and quantitative characteristics are analyzed.
Key words: aluminum, deformation, stresses, medium stresses, upsetting.
Grebenschickov Ivan Vladimirovich, student, mpf-tula@r ambler. ru, Russia, Tula, Tula State
University,
Scientific supervisor - Korotkov Victor Anatolievich, candidate of technical science, docent, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.77
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-10-361-364
ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ИЗДЕЛИЯ ПРИ КОМБИНИРОВАННОМ ВЫДАВЛИВАНИИ
ЛАТУННОЙ ЗАГОТОВКИ
Я.В. Грибачев
Оценка качества изделий является важной частью исследовательской деятельности при анализе производственных процессов. Это же относится и к производству металлических осесимметрич-ных изделий пластическим деформированием, то есть обработкой металлов давлением, так как в процессе штамповки полуфабрикат может получить большое количество микротрещин, что может привести к разрыву материала, а также получению детали, которую нельзя эксплуатировать ввиду ее низкого качества. Поэтому актуальной задачей является предварительная оценка технологических процессов на предмет получения качественного изделия. Качество изделия оценивается при помощи компьютерного моделирования и исследуется по параметрам повреждаемости и вероятность образования дефектов. Приводятся схемы распределения этих характеристик и анализируется их не только максимальные и минимальные значения, но и то, как и в каких зонах они распределены в объеме исследуемой детали. Делаются выводы о том, как влияет температура штампового инструмента на величины повреждаемости и вероятности дефектообразования в латунном осесимметричном полуфабрикате при холодном комбинированном выдавливании.
Ключевые слова: латунь, пластическая деформация, повреждаемость, дефекты, качество, комбинированное выдавливание.
Оценка качества может проводиться нескольким путями, в числе которых: проверка микроструктуры, проведение исследований при помощи микроскопа, визуальный осмотр детали, испытание на растяжение, рентгенографическое исследование, и прочее. Оценка качества изделий, полученных разными методами, в том числе и литьем, и обработкой со снятием стружки, и без нее, является важной частью исследовательской деятельности при анализе производственных процессов. Это же относится и к получению деталей пластическим деформированием, то есть обработкой металлов давлением. Это объясняется тем, что в процессе штамповки полуфабрикат может получить большое количество микротрещин, что может привести к разрыву материала, а также деталь, которую нельзя эксплуатировать ввиду ее низкого качества, поэтому актуальной задачей является предварительная оценка технологических процессов на предмет получения качественного изделия [1-4]. На этапе разработки новой технологии и ее внедрении первым шагом необходимо провести моделирование операции в программных комплексах [5-10], что позволит предварительно наладить процесс. В случае компьютерного моделирования качество можно определить также визуально для определения соответствия формы, по параметру повреждаемости, по вероятности образования дефектов (поля Gartfield), косвенно по напряженно-деформированному состоянию.
В этой же работе будет проведено исследование качества полуфабриката, изготовленного комбинированным выдавливанием из латуни Л90 при разных температурах инструмента. При этом заготовка является холодной. Инструмент же в данном случае рассматривался в трех вариантах, холодный, прогретый до 500 и 1100 градусов. Это имитационно повторяет ситуацию, при которой температура матрицы и пуансона поднимается из-за непрерывной последовательной штамповки. В программе QForm существует возможность оценки качества изделия с помощью параметра повреждаемости по критерию Кокрофт-Ла-там, а также поля Gartfield, которые приведены для исследуемого процесса соответственно на рис. 1 и 2.
