CC BY
4
Технологии и машины обработки давлением
УДК 621.7.043
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-12-599-600
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ ПРИ РАЗНЫХ
ТЕМПЕРАТУРНЫХ РЕЖИМАХ
Е.М. Чунаева
Компьютерные моделирования в машиностроении являются неотъемлемой и незаменимой частью современного процесса разработки и проектирования. Они позволяют сократить время, снизить затраты и повысить точность и качество конечного продукта. С помощью компьютерного моделирования возможно решить ряд сложных технических задач, которые связаны с определением напряженного и деформированного состояния материала детали после ее штамповки и в процессе деформирования. При этом сам процесс формоизменения может быть выполнен при разных температурных режимах, поэтому для изготовления какой-либо детали требуется правильный подбор температуры, при которой осуществляется процесс изменения формы. Также важной характеристикой процесса является напряженное состояние в изделии, поэтому в данной работе с применением компьютерного моделирования проводится исследование влияния температуры штамповки на наибольшие величины интенсивности напряжений и средних напряжений. Приводятся результаты моделирования, обсуждаются и делаются выводы по поставленной задаче.
Ключевые слова: компьютерное моделирование, температура штамповки, средние напряжения, машиностроение, штамповочное производство, интенсивность напряжений.
Машиностроение является одной из отраслей промышленности, где применение компьютерных моделирований имеет огромное значение. Компьютерные моделирования позволяют инженерам и конструкторам создавать и оптимизировать сложные механизмы, системы, устройства, процессы, материалы с высокой точностью при высокой эффективности [1-3].
Одним из главных преимуществ компьютерных моделирований является возможность исследовать и протестировать множество вариантов на ранних этапах разработки. Благодаря этому можно экономить время и ресурсы, которые раньше были бы потрачены на создание и тестирование физических прототипов. К тому же, компьютерные моделирования позволяют обнаружить потенциальные проблемы и дефекты, которые не всегда видны на первый взгляд, что дает возможность исключить их на раннем этапе разработки.
Моделирование также позволяет проводить виртуальные испытания и тестирования механизмов и конструкций в самых разных условиях, что дает возможность изучать поведение системы при различных нагрузках, вибрациях, температурах и прочих факторах, что помогает улучшать и оптимизировать работу механизмов. Такой подход позволяет минимизировать риски, связанные с использованием неоптимальных и недостаточно протестированных решений.
Еще одной важной перспективой компьютерных моделирований в машиностроении является возможность разработки и интеграции новых материалов. Моделирование позволяет изучить поведение и свойства материалов на микро- и макроуровне, а также их взаимодействие с окружающей средой. Это особенно актуально в свете постоянного развития новых видов материалов, которые могут быть использованы для создания более прочных, легких и эффективных конструкций.
Компьютерные моделирования также упрощают командную работу и обмен информацией между специа-
листами. Все участники проекта могут одновременно работать над моделями, просматривать и анализировать результаты, вносить коррективы. Такой подход сокращает время разработки и позволяет вовремя реагировать на возникающие проблемы.
800 700 [= 600 £ - 500 1 400 | 300 I 200 100 л
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100
Температура, градусы
-•—Среднее напряжение —Интенсивность напряжений
Максимальные значения интенсивности напряжений и средних напряжений в зависимости от температуры
штамповки
В целом, компьютерные моделирования в машиностроении являются неотъемлемой и незаменимой частью современного процесса разработки и проектирования. Они позволяют сократить время, снизить затраты и повысить точность и качество конечного продукта.
Известия ТулГУ. Технические науки. 2023. Вып. 12
С помощью компьютерного моделирования возможно решить ряд сложных технических задач, которые связаны с определением напряженного и деформированного состояния материала детали после ее штамповки и в момент изменения формы [4-5]. При этом сам процесс формоизменения может быть выполнен при разных температурных режимах, поэтому для изготовления какой-либо детали требуется правильный подбор температуры, при которой осуществляется процесс изменения формы. На выбор температуры влияет множество параметров таких как материал заготовки, требуемые механические характеристики изделия, повреждаемость материала и пр. Также важной характеристикой процесса является напряженное состояние в изделии, поэтому в данной работе компьютерным моделированием проводится исследование влияния температуры штамповки на наибольшие величины интенсивности напряжений и средних напряжений (см. рис.) в программе QForm [6-9].
В данном случае проводится объемная штамповка, а именно прямое выдавливание стальной цилиндрической заготовки с целью создания фланцевой части на ее теле. Материалом заготовки послужила сталь 20, а температура заготовки и инструмента бралась в трех вариантах: 20, 600 и 1100°C.
Таким образом было установлено, что с увеличением температуры напряжения снижаются. Так при уменьшении температуры с 20°C до 600°C интенсивность напряжений и средние напряжения падают примерно на 80%, при этом дальнейшее понижение температуры не дает столь же значительного эффекта. Поэтому можно сделать вывод о том, что штамповка подобного вида изделия при данных условиях с позиции напряженного состояния лучше при режимах горячего и полугорячего деформирования. Также установлено, что любая из исследуемых температур позволяет получить изделия с требуемыми формами и размерами, что выявлено благодаря компьютерному моделированию в программном комплексе, основанном на методе конечных элементов.
Список литературы
1. Базров Б.М. Основы технологии машиностроения: Уч. / Б.М. Базров. М.: Инфра-М, 2019. 492 c.
2. Никифоров А.Д. Современные проблемы науки в области технологии машиностроения. / А.Д. Никифоров. М.: Высшая школа, 2006. 392 c.
3. Филонов И.П. Инновации в технологии машиностроения: Учебное пособие / И.П. Филонов, И.Л. Бар-шай. Минск: Вышэйшая школа, 2009. 110 c.
4. 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.
5. Смирнов В.С. Теория обработки металлов давлением. - М.: Металлургия, 1973. 496 с.
6. Вобликов Г.А. Влияние параметров инструмента на проведение операции отбортовки с утонением // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2023. Вып. 4. С. 349-352. EDN: YDFGMS.
7. Вольсков Д. Г. Практическое моделирование в заготовительно-штамповочном производстве. Производство летательных аппаратов: практикум. Ульяновск: УлГТУ, 2016. 99 с.
8. Яковлев С. С. Исследование напряженного и деформированного состояния при получении продольных ребер на цилиндрической заготовке // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2023. Вып. 4. С. 357-360. EDN: GXLPAK.
9. Безъязычный В. Ф. Математические методы в технологии машиностроения // Ярославский педагогический вестник. 2010. Т. 3, № 1. С. 45-50. EDN: MWIWSH.
Чунаева Екатерина Михайловна, студент, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Научный руководитель: Коротков Виктор Анатольевич, к.т.н., доцент, Россия, Тула, Тульский государственный университет
COMPUTER SIMULATION OF THE PROCESS OF 3D STAMPING UNDER DIFFERENT TEMPERATURE CONDITIONS
E.M. Chunaeva
Computer simulations in mechanical engineering are an integral and indispensable part of the modern development and design process. They reduce time, reduce costs and improve the accuracy and quality of the final product. Using computer modeling, it is possible to solve a number of complex technical problems that are associated with determining the stressed and deformed state of the material of a part after stamping and during the deformation process. At the same time, the forming process itself can be performed at different temperature conditions, therefore, in order to manufacture any part, the correct selection of the temperature at which the process of changing the form is carried out is required. Also, an important characteristic of the process is the stress state in the product, therefore, in this work, using computer modeling, we study the influence of stamping temperature on the highest values of stress intensity and average stress. The simulation results are presented, discussed and conclusions are drawn on the problem.
Key words: computer modeling, stamping temperature, average stresses, mechanical engineering, stamping production, stress intensity.
Chunaeva Ekaterina Mikhailovna, student, [email protected], Russia, Tula, Tula State University,
Scientific advisor: Korotkov Victor Anatolievich, candidate of technical science, docent, Russia, Tula, Tula State
University
