CC BY
5
ТЕХНОЛОГИИ И МАШИНЫ ОБРАБОТКИ ДАВЛЕНИЕМ
УДК 621.73.01
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-8-74-75
К ВОПРОСУ ОБ ИССЛЕДОВАНИИ ОПЕРАЦИИ ВЫДАВЛИВАНИЯ КОМПЬЮТЕРНЫМ МОДЕЛИРОВАНИЕМ
Д.И. Кондаков
В современном промышленном производстве штамповка металлических изделий является одним из наиболее распространенных и эффективных способов получения деталей как со сложной формой, так и с более простой. Этот процесс позволяет массово производить высококачественные изделия, обладающие высокими механико-физическими свойствами и при этом получать детали с высокой точностью размеров. Однако на процессы обработки давлением и на характеристики конечного изделия влияет множество факторов, среди которых можно выделить фактор трения. Этот параметр значительно влияет на весь процесс изменения формы, в том числе может влиять на усилие штамповки, напряженное и деформированное состояние и многие другие параметры, поэтому оценка влияния трения является важной и полезной задачей. Помимо этого, на изделие может оказывать влияние геометрия инструмента, которым осуществляется обработка, поэтому в данной статье рассматривается вопрос влияния трения и геометрии инструмента на процесс объемного выдавливания детали типа стержень. Проводится оценка напряжений и деформаций с использованием компьютерного моделирования.
Ключевые слова: сила трения, компьютерное моделирование, объемная штамповка, выдавливание, напряжения, деформации, анализ.
Процесс штамповки металлических изделий является важным этапом в промышленном производстве, который позволяет получить разнообразные металлические детали с помощью деформации металла под воздействием давления [1-3]. Процесс штамповки широко применяется в различных отраслях промышленности, и при этом является весьма сложным, поэтому каждый процесс необходимо изучать и анализировать [4-6]. Для этого существует множество методов, однако в последнее время самым распространенным стал способ компьютерного моделирования [7-10]. Компьютерное моделирование становится неотъемлемой частью процесса штамповки металлов, с использованием специализированного программного обеспечения возможно создавать точные трехмерные модели металлических деталей и оценивать процесс их формоизменения. Это позволяет предсказать и оценить поведение материала в процессе штамповки, выявить потенциальные проблемы и дефекты, а также определить наиболее эффективные пути улучшения производства деталей и процесса их изготовления.
Компьютерное моделирование штамповки дает множество преимуществ, во-первых, оно снижает необходимость в экспериментальных испытаниях, что позволяет сэкономить время исследования и ресурсы при операции. Во-вторых, оно увеличивает точность и позволяет заранее определить возможные дефекты и проблемы. В-третьих, оно дает возможность быстро адаптировать процесс штамповки под различные условия
и изменения параметров. Кроме того, компьютерное моделирование штамповки способствует оптимизации процесса и материалов, используемых при изготовлении деталей. Таким образом с помощью анализа и моделирований возможно определить оптимальные параметры и условия штамповки, минимизировать затраты на энергию и уменьшить количество брака и отходов.
Одной из операций обработки металлов давлением, которая требует комплексного исследования, является выдавливание, которая представляет собой формоизменяющую операцию металлической заготовки. В данном процессе, как и большинстве методов обработки металлов давлением, большую роль играет сила трения от которой зависят многие параметры и качество детали. Поэтому при выдавливании необходимо проводить предварительную оценку процесса, с выявлением ряда характеристик, таких как усилие штамповки, напряжений, деформации, повреждаемость, температура, вероятность дефектов и другие параметры исследуемой операции. Для проведения исследования было использовано специализированное программное обеспечение, разработанное для моделирования процессов штамповки, а именно программа QFORM. Данное программное обеспечение основано на методе конечных элементов, который позволяет аппроксимировать реальные физические процессы в пространстве и времени. Были проведены численные эксперименты, моделирующие процессы штамповки при различных коэффициентах трения и выявлены необходимые в данном случае характеристики, а именно интенсивность деформаций (рис. 1) и напряжений (рис. 2).
16
и X
о1 4 2 О
0,05 ОД 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 ОД 0,45 0,5
Трение Кулона
—•— 5 мм —•—10 мм —•— 15 мм
Рис. 1. Интенсивность деформаций
Напряжения и деформации исследовались при разных трениях, и при разных высотах рабочей кромки матрицы выдавливания. Так высота составляла 5, 10 и 15 мм, а коэффициент трения кулона варьировался от 0,05 до 0,5. Исследование показало, что интенсивность деформаций практически одинакова для всех трений и всех высотах кромки, за исключением ситуации, где трение равняется 0,5, в этом случае деформации отличаются, при этом более чем на 20%.
Исследование интенсивности напряжений показало неоднозначную ситуацию, однако можно выделить следующую тенденцию, что с увеличением трения несколько снижается интенсивность напряжений, однако общей закономерности по рассматриваемым случаям выделить весьма сложно.
Известия ТулГУ. Технические науки. 2023. Вып. 8
345
(Ч
^ 340
ЭХ*
I 335 <и
эе
ос
& 330 с га т
£ 325 и
0
1
| 320
и
т 01
§ 315
X
310
0,05 ОД 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0;5
Трение Кулона
—•— 5 мм —•— 10 мм —•—15 мм Рис. 2. Интенсивность напряжений
В итоге стоит отметить, что трение и высота кромки оказывает большое значение на формируемое изделие, в том числе меняется сила формоизменения, напряженное и деформированное состояние, поэтому при процессах обработки металлов давлением следует учитывать множество параметров, включая трение, и существует острая необходимость в уменьшении трения, что приведет к общему улучшению процесса.
Список литературы
1. Никифоров А.Д. Современные проблемы науки в области технологии машиностроения. М.: Высшая школа, 2006. 392 а
2. Филонов И.П., Баршай И.Л. Инновации в технологии машиностроения: учебное пособие. Минск: Вышэйшая школа, 2009. 110 а
3. Балакшин Б.С. Основы технологии машиностроения. М.: Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, 1997. 485 а
4. Аверкиев Ю.А., Аверкиев А.Ю. Технология холодной штамповки. М.: Машиностроение, 1989. 304 с.
5. Корнеев Н.И. и др. Ковка и штамповка цветных металлов. Справочник. М.: Машиностроение, 1971. С. 232.
6. Справочник конструктора штампов: Листовая штамповка / под общ. ред. Л.И. Рудмана. М.: Машиностроение, 1988. 496 с.
7. Бер В.И., Сидельников С.Б., Соколов Р.Е., Иванов Е.В. Технология листовой штамповки: учебное пособие. Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2012. 168 с.
8. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2023617527 Российская Федерация. Программа для расчета стойкости деталей штампов: № 2023616139: заявл. 30.03.2023: опубл. 11.04.2023 / С.С. Яковлев, Д.И. Кондаков, И.К. Цепляев; заявитель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Тульский государственный университет». EDN FZAEKV.
9. Кухарь В.Д., Коротков В.А., Яковлев С.С., Шишкина А.А. Формование рифленой внутренней поверхности стальной цилиндрической оболочки локальным деформированием // Черные металлы. 2023. № 5. С. 72-75. EDN: HKGYCX.
10. Грибачев Я.В. Исследование температур при комбинированном выдавливании латунной заготовки // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. Вып. 9. С. 336-338. EDN: WCUVWF.
Кондаков Данила Иванович, студент, mpf-tula@,rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университе,
Научный руководитель: Пасынков Андрей Александрович, канд. техн. наук, доцент, Россия, Тула, Тульский государственный университет
TO THE QUESTION OF THE STUDY OF THE OPERATION OF EXTRACTION BY
COMPUTER SIMULATION
D.I. Kondakov
In modern industrial production, stamping of metal products is one of the most common and effective ways to obtain parts with both complex and simpler shapes. This process allows mass production of high-quality products with high mechanical and physical properties and, at the same time, parts with high dimensional accuracy. However, many factors influence the forming processes and the characteristics of the final product, among which the friction factor can be distinguished. This parameter significantly affects the entire process of changing the shape, including the stamping force, the stressed and deformed state, and many other parameters, so the evaluation of the effect of friction is an important and useful task. In addition, the product can be influenced by the geometry of the tool used for processing, so this article discusses the effect of friction and tool geometry on the process of volumetric extrusion of a rod-type part. Stresses and strains are assessed using computer simulation.
Key words: friction force, computer simulation, forging, extrusion, stresses, strains,
analysis.
Kondakov Danila Ivanovich, student, [email protected], Russia, Tula, Tula State University,
Scientific advisor: Pasynkov Andrey Alexandrovich, candidate of technical science, docent, Russia, Tula, Tula State University
