CC BY
0
of the friction coefficient and material on the technological strength of the process. The result of the study is secondary mathematical models for accurately predicting the forming force depending on the material parameters and process friction conditions. Overall, this article highlights the importance of computer simulation for efficient operation of industrial plants, saving time and resources, improving product quality and reducing the likelihood of defects.
Key words: relief molding, multifactorial experiment, computer modeling, forming force, sheet stamping, metal
forming.
Gribachev Yaroslav Vasilevich, graduate student, yarosl71@bk. ru, Russia, Tula, Tula State University.
УДК 621.73.01
Б01: 10.24412/2071-6168-2024-2-310-311
КОМПЛЕКСНОЕ КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ ДЕТАЛИ С
ФЛАНЦЕМ
П.В. Пугаев
В данной статье рассматривается применение компьютерного моделирования штамповки в промышленности для производства различных изделий. Учитывая такие параметры как материал, толщина листа металла, смазка, температура и геометрия штампа, данное моделирование позволяет создавать и анализировать штамповочные процессы цифровым способом, что значительно облегчает и ускоряет разработку новых технологий и операций. Программное обеспечение для компьютерного моделирования позволяет предсказать и избежать дефектов в процессе, таких, как трещины, складки и недоработки, а также сократить время и затраты на испытания и наладку оборудования. Данная статья также описывает использование компьютерного моделирования для исследования процесса объемного выдавливания металлической детали, представленной в работе. Проведенное компьютерное моделирование выдавливания стальной детали позволило определить различные характеристики процесса, такие как повреждаемость, сила формоизменения, температура и интенсивность деформаций. В результате исследования было выявлено, что параметр радиуса закругления в зоне фланцевой части штамповочной матрицы оказывает значительное влияние на все характеристики процесса выдавливания.
Ключевые слова: компьютерное моделирование, программный комплекс, обработка металлов давлением, интенсивность деформаций, повреждаемость материала, штамповочное производство.
Штамповка широко применяется в промышленности для производства различных изделий, начиная от бытовых приспособлений до автомобильных и аэрокосмических деталей [1-2]. Компьютерное моделирование штамповки позволяет создавать и анализировать штамповочные процессы цифровым способом, что облегчает и ускоряет разработку новых деталей и в конечном счете увеличат качество изделий и экономическую эффективность [3-6].
Программное обеспечение для компьютерного моделирования штамповки позволяет симулировать процесс формоизменения металла под действием внешних сил, учитывая такие параметры, как материал, толщина листа металла, смазка, температура, геометрия штампа и т.д. С помощью этих программ можно предсказать и избежать дефектообразование, таких, как трещины, складки и недоработки, также это позволяет сократить время и затраты на испытания и наладку оборудования. Кроме того, компьютерное моделирование позволяет проводить исследования и оптимизацию процессов формования для улучшения производительности оборудования, снижения износа инструментов. В общем, компьютерное моделирование процессов обработки металлов давлением является важным инструментом для оптимизации производственных процессов и повышения эффективности производства металлических изделий. Оно позволяет сократить время и затраты на разработку и производство, а также повысить качество и точность изделий.
Компьютерное моделирование может быть применено и для комплексного исследования процесса объемного выдавливания с получением детали, которая представлена в разрезе на рисунке.
Схема детали в разрезе
310
Технологии и машины обработки давлением
Для комплексного исследования было проведено компьютерное моделирование [7-8] выдавливания стальной муфты и были определены многие характеристики процесса. Они были получены с помощью программного комплекса QForm [9-10], так была продеформирована стальная цилиндрическая заготовка. Были проанализированы повреждаемость, усилие формоизменения, наибольшая температура и интенсивность деформаций (см. табл.).
Исследуемые характеристики
0 мм 1 мм 2 мм 3,5 мм
Сила, кН 8500 8100 7500 6100
Повреждаемость 1 0,7 0,4 0,3
Температура, °С 62 58 54 50
Интенсивность дефор- 16 8 5,5 3,8
мации
При этом данные характеристики определялись при разных размерах штамповочной матрицы, которые отличались друг от друга радиусом закругления в зоне фланцевой части. Было определено, что данный параметр, а именно радиус закругления значительно влияет на все исследуемые характеристики, включая и силу, и повреждаемость, и температуру, и интенсивность деформаций. При этом все характеристики снижаются при увеличении радиуса скругления, сила падает примерно на 30%, повреждаемость на 70%, интенсивность деформаций на 75%. При этом температура материала практически не меняется и существенного влияния на процесс не оказывает.
Таким образом было проанализировано деформирование цилиндрической заготовки с целью получения детали с фланцевым утолщением, которое показало однозначную закономерность. Так было выявлено, что лучше увеличивать радиус закругления для оптимизации процесса.
Список литературы
1. Теория обработки металлов давлением / Учебник для вузов / В. А. Голенков, С. П. Яковлев, С. А. Головин, С. С. Яковлев, В.Д. Кухарь / Под ред. В.А. Голенкова, С. П. Яковлева. М.: Машиностроение, 2009. 442 с.
2. Филонов И.П. Инновации в технологии машиностроения. Учебное пособие. Гриф МО Республики Беларусь / И.П. Филонов. М.: Вышэйшая школа, 2009. 762 c.
3. Справочник технолога - машиностроителя. / Под ред. А.Г. Косиловой, Р.К. Мещерякова. М.: Машиностроение, 1985. T.1. 656 с.
4. Семёнов Е. И. Технология и оборудование ковки и объемной штамповки / Е. И. Семёнов, В. Г. Кондратенко, Н. И. Ляпунов. М.: Машиностроение, 1978. 311 с.
5. Пасынков А. А., Яковлев С. С., Гасанов А. И. Исследование повреждаемости и полей Гартфилда в стальном полуфабрикате при рифлении внутренней поверхности // Черные металлы. 2022. № 10. С. 83-86. EDN FFMEYW.
6. Кузьмин В. В. Математическое моделирование технологических процессов сборки и механической обработки изделий машиностроения: учебник для вузов / В. В. Кузьмин [и др.]. Москва: Высшая школа, 2008. 279 с.
7. Кухарь В. Д., Яковлев С. С. Изготовление оболочек с ребрами методом пластического формоизменения // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2023. Вып. 9. С. 637-639. EDN OYDPCI.
8. Коротков В. А., Романов П. В., Платонов В. И. Определение режима изотермической штамовки на основе технологических испытаний образцов из труднодеформируемых материалов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2018. № 1. С. 202-209. EDN YVPRVD.
9. 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.
10. 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.
Пугаев Павел Владимирович, студент, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Научный руководитель: Пасынков Андрей Александрович, канд. техн. наун., доцент, Россия, Тула, Тульский государственный университет
COMPLEX COMPUTER SIMULATION OF 3D STAMPING OF A PART WITH A FLANGE
P.V. Pugaev
This article discusses the use of computer modeling of stamping in industry for the production of various products. Taking into account parameters such as material, sheet metal thickness, lubrication, temperature and die geometry, this simulation allows you to digitally create and analyze stamping processes, which greatly facilitates and accelerates the development of new technologies and operations. Computer simulation software can predict and avoid process defects such as cracks, folds and imperfections, and reduce the time and cost of testing and setting up equipment. This article also describes the use of computer modeling to study the process of volumetric extrusion of the metal part presented in the work. The computer simulation of the extrusion of a steel part made it possible to determine various characteristics of the process, such as damage, force offorming, temperature and intensity of deformation. As a result of the study, it was revealed that the parameter of the radius of curvature in the area of the flange part of the stamping matrix has a significant impact on all characteristics of the extrusion process.
Key words: computer modeling, software package, metal forming, strain intensity, material damage, stamping
production.
Pugaev Pavel Vladimirovich, student, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Scientific advisor: Pasynkov Andrej Aleksandrovich, candidate of technical science, docent, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.73.01
DOI: 10.24412/2071-6168-2024-2-312-313
АНАЛИЗ ТЕМПЕРАТУР ПРИ ПЛАСТИЧЕСКОМ ФОРМОИЗМЕНЕНИИ ЛИСТОВОГО МЕТАЛЛА
Г.А. Вобликов
Данная статья посвящена компьютерному моделированию листовой штамповки и влиянию на температуру процессов пластического формоизменения. В ней рассматривается процесс создания виртуальных моделей листовых деталей с целью последующего изготовления штампованных изделий. Особое внимание уделяется возможностям данного метода в проектировании, анализе формы и размеров деталей, оптимизации процесса штамповки и улучшении качества готовых изделий. Одним из преимуществ компьютерного моделирования является оперативная возможность создания и корректировки технологии изготовления деталей, что значительно сокращает время и ресурсы, затрачиваемые на проектирование. В статье проводится анализ распределения температур при различных условиях формования, с использованием компьютерного моделирования в программе, такой как QForm. Исследование показывает, что температурные изменения в инструменте могут существенно влиять на механические характеристики материала полуфабриката и долговечность инструмента. Статья представляет важные результаты исследований в области контроля температур при формовании, что является важным фактором для обеспечения качественного производства изделий методами пластического формоизменения.
Ключевые слова: листовая штамповка, компьютерное моделирование, технологическая сила, распределение температур, отбортовка с утонением, штамповая оснастка.
Компьютерное моделирование листовой штамповки - это процесс создания виртуальных моделей для последующего изготовления изделий. Этот метод позволяет проектировать и анализировать форму и размеры детали, оптимизировать процесс штамповки и улучшить качество конечного изделия.
Одним из основных преимуществ компьютерного моделирования является возможность быстрого создания и изменения технологии изготовления детали, что существенно сокращает время и затраты на проектирование, кроме того, благодаря использованию специального программного обеспечения можно проводить различные расчеты и анализы, например, оптимизировать распределение материала в детали для снижения ее массы или увеличения прочности [1-4].
Для моделирования листовой штамповки используются различные программы, такие как CAD/CAM системы, которые позволяют создавать трехмерные модели деталей и проводить различные расчеты и симуляции процесса штамповки. Важным этапом в данном процессе является симуляция процесса штамповки, которая позволяет выявить возможные проблемы с формоизменением материала и предотвратить их до начала производства.
Кроме того, компьютерное моделирование листовой штамповки позволяет сократить количество прототипов и испытаний, что значительно экономит время и деньги на производстве. Благодаря точному моделированию и анализу деталей можно улучшить их качество, повысить производительность и снизить расходы на материалы.
Таким образом, компьютерное моделирование листовой штамповки является эффективным инструментом для проектирования и производства листовых деталей, оно позволяет сократить время и затраты на разработку, улучшить качество и производительность изделий и сделать процесс штамповки более эффективным и экономичным [5-8].
Одной из характеристик, которую требуется определять является температура полуфабриката и инструмента (рис. 1). Этот параметр сильно влияет на механические характеристики материала полуфабриката, а также стойкость и долговечность инструмента [9-10].
Рис. 1. Распределение температур
