CC BY
1
5. Чудин В.Н., Пасынков А.А. Нестационарные процессы изотермической штамповки // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка металлов давлением. 2018. №6. С. 23-28.
5. Малинин Н.Н. Ползучесть в обработке металлов. М.: Машиностроение, 1986. 216 с.
6. Пасынков А.А., Борискин О.И., Ларин С.Н. Теоретические исследования операции изотермической раздачи труб из труднодеформируемых цветных спавов в условиях кратковременной ползучести // Цветные металлы. 2018. №2. С. 74-78.
7. Larin S.N., Pasynkov A.A. Analysis of forming properties during the isothermal upsetting of cylindrical work-pieces in the viscous-plasticity mode // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. Volume 441, Issue 1, 2 November 2018.
8. Alves L.M., Afonso R.M., Silva C.M.A., Martins P.A.F. Boss forming of annular flanges in thin-walled tubes. Journal of Materials Processing Technology. 2017, Volume 250. P. 182-189.
9. Полухин П.И., Гун Г.Я., Галкин А.М. Сопротивление пластической деформации металлов и сплавов. Справочник. M.: Металлургия, 1976. 488 с.
Пасынков Андрей Александрович, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Галкин Юрий Сергеевич, студент, Россия, Тула, Тульский государственный университет
ANALYSIS OF CHANGES IN FORCES DURING REVERSE HOT EXTRUSION WITH ACTIVE FRICTION FORCES
A.A. Pasynkov, Y.S. Galkin
The use of active friction forces reduces the force loads during extrusion operations. The article considers the operation of forming a cup from a bar billet by extrusion with active friction forces. In addition, in the operation under consideration, intensification occurs due to an additional focus of deformation formed on the edge surface of the formed wall. The influence of the relative speeds of tool movement at different degrees of deformation on power loads is estimated. Key words: extrusion, modeling, shaping, force, active friction.
Pasinkov Andrey Alexandrovich, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Tula, Tula State
University,
Galkin Yuri Sergeevich, student, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.73.01
DOI: 10.24412/2071-6168-2024-5-431 -432
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПЛАСТИЧЕСКОГО ФОРМОИЗМЕНЕНИЯ ЛИСТОВОЙ ЗАГОТОВКИ
Г.А. Вобликов
В статье рассматривается технологический процесс отбортовки металлических листовых заготовок, используемый для формирования борта вокруг контура заготовки или отверстия. Освещены основные факторы, такие как пластичность материала, толщина, радиус изгиба и высота борта, оказывающие влияние на качество конечного продукта и предотвращающие возникновение трещин и других дефектов. Приведено описание использования компьютерного моделирования в процессе отбортовки, включая создание трехмерных моделей и их анализ с помощью программного обеспечения типа ANSYS, Abaqus, LS-DYNA, причём акцент сделан на QForm. Описаны результаты моделирования, позволяющие оценить напряжения, деформации, а также предсказать возможные повреждения и форму борта. Также представлены результаты исследования, касающиеся влияния углов отбортовки на вероятность возникновения дефектов и интенсивность напряжений. В выводах обсуждаются методы контроля качества и представлены рекомендации для оптимизации процесса отбортовки.
Ключевые слова: листовая штамповка, отбортовка, вероятность дефектов, повреждаемость, интенсивность напряжений, компьютерное моделирование, напряженное состояние.
Отбортовка металлических листовых заготовок — это технологический процесс обработки металла, при котором происходит формирование борта (отогнутого края) по контуру заготовки или отверстия в ней [1-2]. Этот метод широко применяется в производстве различных металлических изделий, таких как корпуса приборов, детали автомобилей, бытовая техника и многое другое. При отбортовке важно учитывать такие факторы, как пластичность материала, его толщину, радиус изгиба и высоту борта. Неправильно подобранные параметры могут привести к появлению трещин, разрывов или недостаточной жесткости борта [3]. После выполнения отбортовки производится контроль качества готовой детали. Проверяется геометрия борта, отсутствие дефектов и соответствие размеров заданным параметрам, однако перед непосредственным производством в процессах обработки металлов давлением применяются компьютерные моделирования. Компьютерное моделирование является современным подходом к оптимизации и анализу технологического процесса обработки металлов давлением [5-7]. Оно позволяет виртуально симулировать процесс формирования борта, что значительно сокращает время и затраты на разработку и тестирование реальных прототипов. Процесс компьютерного моделирования отбортовки начинается с создания трехмерной модели заготовки и инструментов (матрицы и пуансона) в системе автоматизированного проектирования (САПР).
431
Известия ТулГУ. Технические науки. 2024. Вып. 5
Затем эта модель импортируется в специализированное программное обеспечение для анализа методом конечных элементов (МКЭ), такое как ANSYS, Abaqus, LS-DYNA и пр. Наиболее распространенным является программа QFoIm на данный момент [8].
Результаты моделирования позволяют оценить распределение напряжений и деформаций в материале, выявить зоны возможного разрушения или чрезмерного утонения, определить форму и размеры получаемого борта. Кроме того, можно проанализировать силы, действующие на инструмент, что важно для его проектирования и выбора оборудования.
Далее с помощью QForm [9-10] оценивается отбортовка, и выявляются интенсивности напряжений, повреждаемость, вероятность дефектообразования при разных углах отбортовки (см. табл).
Параметры процесса при разных углах отбортовки
Параметры 50° 70° 90°
Повреждаемость 0,10 0,11 0,15
Вероятность дефектов на поверхности 0,13 0,17 0,19
Интенсивность напряжений, МПа 230 242 251
Увеличение угла отбортовки (от 50° до 90°) приводит к увеличению повреждаемости, вероятности дефектов на поверхности и интенсивности напряжений. Это указывает на повышение риска дефектов и повреждений материала при больших углах отбортовки. Таким образом, угол отбортовки в 90° приводит к наибольшим повреждениям, вероятности дефектов и интенсивности напряжений. Все параметры увеличиваются с ростом угла отбортовки, это увеличение не является строго линейным. Например, разница в повреждаемости между 50° и 70° (0,01) меньше, чем между 70° и 90° (0,04). Далее был получен сводный график повреждаемости и вероятности дефектов (см. рис.).
0,2 0,19 0,18 0Д7 | 0,16 §! 0,15 л: ГО 0,13 0,12 0,11
50 55 60 65 70 75 80 85 90 Угол отбортовки
— Повреждаемость -Вероятность дефектов на поверхности
Полученные значения повреждаемости и вероятности дефектов
Увеличение угла отбортовки приводит к увеличению как повреждаемости, так и вероятности дефектов на поверхности. Однако полученные значения находятся в поле допустимых значений, поэтому фактор угла оказывает влияние на эти характеристики, но не выводит их на предельные. Таким образом компьютерное моделирование показало, что особенно значительных влияний на процесс угол отбортовки не оказывает.
Список литературы
1. Яковлев С.С. Ковка и штамповка. Листовая штамповка / Под общ. ред. С.С. Яковлева; ред. совет: Е.И. Семенов (пред.) и др. Москва: Машиностроение, 2010. Т. 4. 732 с.
2. Схиртладзе А.Г., Борискин В.П., Выходец В.И., Никифоров И.И., Отений Я.Н. Оборудование машиностроительных предприятий. Старый Оскол: ООО «ТНТ», 2012. 168 с.
3. Семёнов Е.И., Кондратенко В.Г., Ляпунов Н.И. Технология и оборудование ковки и объемной штамповки. М.: Машиностроение, 1978. 311 с.
4. Грибачев Я.В. Исследование растягивающих и сжимающих напряжений при комбинированном выдавливании // Инициативы молодых - науке и производству: Сборник статей II Всероссийской научно-практической конференции для молодых ученых и студентов. Пенза: Пензенский государственный аграрный университет, 2021. С. 49-51. ЕБЫ QEAZRF.
5. Рыбин Ю.И., Рудской А.И., Золотов А.М. Математическое моделирование и проектирование технологических процессов обработки металлов давлением. Л.: Наука, 2004. 644 с.
6. Каменев С.В. Основы метода конечных элементов в инженерных приложениях: учебное пособие. Оренбург: ОГУ, 2019. 110 с.
7. Цепляев И.К. Анализ характеристик изделия и процесса штамповки при высадке цилиндрической заготовки // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2024. Вып. 3. С. 250-251. ЕБЫ ЬССБОТ.
8. Яковлев С.С., Галкин Ю.С., Грибачев Я.В. Анализ программного обеспечения для компьютерного моделирования процессов обработки металлов давлением // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2024. Вып. 2. С. 314-316.
9. Галицина К.А. Получение сложнопрофильного изделия методом обработки давлением и анализ процесса // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2024. Вып. 3. С. 254-256. EDN THAOCZ.
10. Романов П.В. Формовка внутренней полубобышки в стенке цилиндрической заготовки // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. Вып. 12. С. 560-562. EDN: GIXMRK.
Вобликов Григорий Алексеевич, магистрант, mpf-tula@rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Научный руководитель: Платонов Валерий Иванович, канд. техн. наук, доцент, Россия, Тула, Тульский государственный университет
COMPUTER SIMULATION OF PLASTIC FORMING OF A SHEET BLANK
G.A. Voblikov
The article discusses the technological process offlanging of metal sheet blanks used to form a flange around the contour of the blank or hole. The main factors such as material ductility, thickness, bending radius and flange height that affect the quality of the final product and prevent the occurrence of cracks and other defects are highlighted. A description of the use of computer modeling in the flanging process is given, including the creation of three-dimensional models and their analysis using software such as ANSYS, Abaqus, LS-DYNA, with an emphasis on QForm. The results of modeling are described, allowing one to estimate stresses, deformations, as well as predict possible damage and flange shape. The results of the study concerning the influence offlanging angles on the probability of defects and stress intensity are also presented. The conclusions discuss quality control methods and provide recommendations for optimizing the flanging process.
Key words: sheet metal stamping, flanging, probability of defects, damage, stress intensity, computer modeling,
stress state.
Voblikov Grigorii Alekseevich, student, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Scientific advisor: Platonov Valery Ivanovich, candidate of technical science, docent, Russia, Tula, Tula State
University УДК 621.7
DOI: 10.24412/2071-6168-2024-5-433-434
МНОГООПЕРАЦИОННАЯ ВЫТЯЖКА ПРЯМОУГОЛЬНЫХ КОРОБОК
О.М. Герасимова, Е.Д. Грязева, И.С. Хрычев
Вытяжка прямоугольных коробчатых изделий требует тщательного подбора заготовки для обеспечения требуемой геометрии и исключения возможности разрушения материала. Кроме того, при вытяжке относительно габаритных деталей значительны силы деформирования, что следует учитывать при подборе оборудования. Ввиду этого пользуясь комплексом для CAE расчетов, было выполнено моделирование вытяжки профильной заготовки для получения прямоугольной детали за два перехода. Выполнена оценка силовых режимов и напряжений в детали. Установлено влияния рабочего профиля матрицы на силы деформирования.
Ключевые слова: вытяжка, прямоугольны коробки, сила, напряжение, штамповка.
Тонкостенные габаритные детали прямоугольной формы находят применение в машиностроении в качестве всевозможных корпусных элементов [1-5]. Их получают листовой штамповкой из профильных или круглых заготовок. В статье рассматривается получение высоких прямоугольных изделий из профильной листовой заготовки. Следует отметить, что при вытяжке относительно габаритных деталей значительны силы деформирования, что следует учитывать при подборе оборудования. Требуется выполнение исследований для установления закономерностей влияния степеней деформации и рабочей геометрии инструмента на силу штамповки. Ввиду этого пользуясь комплексом для CAE расчетов, было выполнено моделирование вытяжки профильной заготовки для получения прямоугольной детали за два перехода. Выполнена оценка силовых режимов и напряжений в детали. Установлено влияние рабочего профиля матрицы на силы деформирования. Построены графики зависимости силы от коэффициента вытяжки для матриц с радиальной и конической заходными поверхностями.
Моделирование выполнено с помощью программы DEFORM. Данная деталь представляет собой прямоугольную деталь коробчатой формы. Толщина детали составляет 1,2 мм. Высота детали 65 мм. Габариты в плане 160 х 70 мм. Материал детали - сталь 12Х18Н10Т. На рис. 1 дан эскиз изделия.
На рис. 2 представлены эскизы с указанием последовательности переходов.
На рис. 3 представлены результаты расчетов виде схем к оценке интенсивностей напряжений для первого перехода вытяжки.
Анализ результатов моделирования позволяет сказать, что изменение рабочей геометрии матриц не влияет на максимальные значения напряжений, но применение радиальных матриц приводит к увеличению неравномерности напряжений. При применении конических матриц можно наблюдать небольшое увеличение значений повреждаемости в изделии. Однако как для конических, так и для радиальных матриц ее величины не превышают допускаемых значений.
На рис. 4 представлены результаты расчетов виде схем к оценке повреждаемости для второго перехода вытяжки на конической матрице
