CC BY
1
УДК 621.7.043
DOI: 10.24412/2071-6168-2024-1-649-650
К ВОПРОСУ ОБ АНАЛИЗЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ И ПОВРЕЖДАЕМОСТИ ПРИ ФОРМОВКЕ
Я.В. Грибачев, Г.А. Вобликов
В данной статье рассматривается важность и преимущества компьютерного моделирования в процессе штамповки деталей с помощью специализированного программного обеспечения. Метод включает в себя создание виртуальных трехмерных моделей и использование специализированных программ для анализа и оптимизации процесса. Проведенное исследование на примере рельефной формовки, совмещенной с отбортовкой алюминиевой заготовки, показало, что компьютерное моделирование позволяет предсказывать потенциальные проблемы, предотвращать дефекты на ранних стадиях, сокращать время и материальные затраты на разработку и производство, а также улучшать качество готовой продукции. Анализ напряженно-деформированного состояния и повреждаемости материала позволил сделать вывод о пригодности метода рельефной формовки для получения необходимых изделий. В работе приводятся схемы распределения интенсивности деформаций, повреждаемости материала, интенсивности напряжений с последующим анализом полученных величин и характера распределения.
Ключевые слова: компьютерное моделирование, штамповка, виртуальные трехмерные модели, оптимизация процесса, промышленное производство, деформация, напряжение, повреждаемость материала.
Компьютерное моделирование штамповки представляет собой процесс создания виртуальных трехмерных моделей деталей и использование специализированных программных средств для анализа и оптимизации процесса пластического формообразования [1-2]. Этот метод имеет множество преимуществ и может быть использован в различных областях промышленности [3-4]. Одной из основных причин проведения компьютерного моделирования штамповки является необходимость исследования и оптимизации процесса производства деталей. Благодаря виртуальному моделированию можно предсказать процесс изменения формы и выявить потенциальные проблемы, такие как трещины, складки, избыточное растяжение материала [5-7]. Это позволяет предотвратить возможные дефекты на ранних стадиях разработки и сэкономить время и ресурсы на исправление ошибок в реальном производстве. Кроме того, проведение компьютерного моделирования штамповки позволяет сократить время и стоимость разработки новых изделий [8-10]. Благодаря возможности быстрого создания и анализа различных вариантов деталей и их производства, возможно быстро определить оптимальные параметры процесса и выбрать наиболее эффективное решение. Это также позволяет сократить количество прототипов и тестовых образцов, что уменьшает издержки на стадии разработки.
Таким образом, проведение компьютерного моделирования штамповки имеет множество преимуществ и может стать важным этапом в разработке новых изделий и оптимизации производственных процессов. Этот метод позволяет сократить время и материальные затраты на разработку, улучшить качество готовой продукции и повысить конкурентоспособность на рынке.
Также повысить экономическую эффективность и снизить себестоимость изделий возможно благодаря применению комбинирования технологий. Так возможно получение донной детали с радиальными ребрами жесткости при проведении операций
649
рельефной формовки и отбортовки одновременно за один цикл работы пресса, однако реализация данного процесса представляет собой сложную техническую задачу, поэтому требуется исследование напряженного и деформированного состояния и повреждаемости. Для этого было осуществлено компьютерное моделирование операции, которая заключалась в том, что алюминиевую заготовку толщиной 1 мм подвергают рельефной формовке при одновременной отбортовке наружного края. Исследование было проведено в программе QForm и определено напряженно-деформированное состояние (рис. 1 и 2).
Наибольшие интенсивности напряжений выявлены в местах получаемых ребер жесткости, а также изгиба при отбортовке. Установлено, что максимальные интенсивности напряжений достигают значения 260 МПа.
■ МО
Он«
Рис. 2. Интенсивность деформаций в сечении
При анализе интенсивности деформаций установлено, что они наблюдаются только в местах изгиба при рельефной формовке и отбортовке, в остальной части заготовки деформационные изменения отсутствуют. Максимальная интенсивность деформаций в конечный момент формоизменения составляют не более 0,3. Далее было проведено исследование повреждаемости материала при деформировании (рис. 3).
В местах изгиба предельная повреждаемость зафиксирована в диапазоне от 0,2 до 0,3. Эти значения являются допустимыми при штамповке и подходят для изделий широкого профиля назначения, включая ответственное.
650
Рис. 1. Интенсивность напряжений в сечении
В- гло
- ftSO
- GBO
- ft7D
am
Рис. 3. Повреждаемость материала по критерию Кокрофт-Латам
Таким образом данное исследование показало не только возможность применения данного метода для получения требуемого изделия, но также и состояние материала после формоизменения. Так было установлено, что повреждаемость материала невелика и подходит для изделий ответственного назначения, однако требуется дополнительное исследование, которое покажет, как многие факторы (трение, высота ребер жесткости, форма инструмента, трение и пр.) влияют на средние напряжения, интенсивности деформаций и напряжений, повреждаемость, вероятность дефектообразова-ния, усилие штамповки и прочие характеристики для определения оптимальных условий штамповки.
Список литературы
1. Аверкиев Ю.А., Аверкиев А.Ю. Технология холодной штамповки. М.: Машиностроение, 1989. 304 с.
2. Яковлев С. С. Ковка и штамповка. В 4 т. Т. 4. Листовая штамповка / Под общ. ред. С. С. Яковлева; ред. совет: Е. И. Семенов (пред.) и др. Москва : Машиностроение, 2010. 732 с.
3. Implementation of a dual mesh method for longitudinal rolling in QForm V8 / D. Gerasimov, S. Stebunov, N. Biba, M. Kadach // Materials Science Forum. 2016. Vol. 854. P. 158-162. EDN: WQAPYH.
4. Моделирование процессов обработки металлов давлением в программе QFORM V8: методические указания / составители: В.Р. Каргин, А.В. Казаков. Самара: Издательство Самарского университета, 2021. 56 с.
5. Безъязычный В. Ф. Математические методы в технологии машиностроения // Ярославский педагогический вестник. 2010. Т. 3, № 1. С. 45-50. EDN: MWIWSH.
6. Гасанов А. И. Напряженное и деформированное состояние при получении изделия типа «стакан» // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2023. Вып. 5. С. 400-403. EDN JHKQSE.
7. Господчикова А. Б., Власов E. А. Моделирование осадки образца с выемкой, заполненной смазкой в программном комплексе DEFORM // Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2009. № 9. С. 1. EDN: KXMFYF.
8. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2023617622 Российская Федерация. Программа для определения марки и режима термообработки материала штампов и инструментов : № 2023616138 : заявл. 30.03.2023 : опубл. 11.04.2023 / С. С. Яковлев, Л. В. Каркач, А. И. Гасанов ; заявитель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Тульский государственный университет». EDN TODDPM.
9. Кухарь В. Д., Коротков В. А., Яковлев С. С., Шишкина А. А. Изготовление сетки рифлей на внутренней поверхности цилиндрической оболочки // Заготовительные производства в машиностроении. 2023. Т. 21, № 3. С. 120-122. EDN: RRHECT.
651
10. Кондаков Д.И. Оценка силовых характеристик процесса прошивки компьютерным моделированием // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2023. Вып. 3. С. 128-130. EDN: SJIGZS.
Грибачев Ярослав Васильевич, аспирант, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Вобликов Григорий Алексеевич, магистрант, mpf-tula@,rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
ON THE QUESTION OF ANALYSIS OF STRESS-STRAIN STATE AND DAMAGE DURING FORMING
Y.V. Gribachev, G.A. Voblikov
This article discusses the importance and advantages of computer modeling in the process of stamping parts using specialized software. The method involves creating virtual three-dimensional models and using specialized programs to analyze and optimize the process. A study using the example of relief molding combined with flanging of an aluminum billet showed that computer modeling makes it possible to predict potential problems, prevent defects in the early stages, reduce time and material costs for development and production, and improve the quality of finished products. Analysis of the stress-strain state and damagea-bility of the material allowed us to conclude that the relief molding method is suitable for obtaining the necessary products. The work provides diagrams of the distribution of strain intensity, material damageability, stress intensity, followed by an analysis of the obtained values and the nature of the distribution.
Key words: computer modeling, stamping, virtual three-dimensional models, process optimization, industrial production, deformation, stress, material damage.
Gribachev Yaroslav Vasilevich, postgraduate, [email protected], Russia, Tula, Tula State University,
Voblikov Grigorii Alekseevich, student, [email protected], Russia, Tula, Tula State University
