CC BY
1
Рулин Сергей Павлович, аспирант, sergev.profi@,inbox.ru, Россия, Москва, Московский политехнический университет,
Петров Павел Александрович, канд. техн. наук, доцент, .petrov [email protected], Россия, Москва, Московский политехнический университет
DEVELOPMENT OF A COMPUTER MODEL OF DIRECT-TYPE EXTRUSION INTO A SPHERICAL DIE
S.P. Rulin, P.A. Petrov
This article analyzes a poorly-studied process - direct-type extrusion into a die with a spherical shaping surface. The features of the deformation zone formed in an aluminum alloy workpiece are considered. When developing a computer model of the direct-type extrusion process, aluminum alloy AD (GOST 4784-2019) was used as a material. The assumptions are set out in detail and the initial data used in developing the computer model are described. The main results of simulating the process under study using the developed computer model are presented. The adequacy of the calculations was verified based on the results of a full-scale experiment.
Key words: direct-type extrusion, cold die forging, mathematical modeling, computer model, aluminum alloy, flow stress, stress-strain state.
Rulin Sergey Pavlovich, postgraduate, sergey.profi@inbox. ru, Russia, Moscow, Moscow Polytechnic University,
Petrov Pavel Alexandrovich, candidate of technical sciences, docent, .petrov_p@mail. ru, Russia, Moscow, Moscow Polytechnic University
УДК 621.73.01
DOI: 10.24412/2071-6168-2024-7-615-616
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОБРАТНОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ
И.В. Мосягин
Статья посвящена анализу напряженного и деформированного состояния, повреждаемости материала и других параметров при штамповке металлических изделий. Рассматривается важность такого анализа для оптимизации процесса производства, повышения качества продукции и снижения затрат. Особое внимание уделяется использованию современных методов компьютерного моделирования, в частности метода конечных элементов. В работе представлены результаты исследования процесса обратного выдавливания детали типа стакан с внутренним направляющим выступом, проведенного с помощью программного обеспечения QForm. Анализируется распределение средних напряжений в сечении изделия при использовании инструментов с острыми и закругленными рабочими кромками. Приводятся данные о повреждаемости, вероятности дефектов, максимальных напряжениях и интенсивности деформаций. На основе полученных результатов делается вывод о преимуществах использования инструментов с закругленными рабочими кромками для данного типа изделий.
Ключевые слова: средние напряжения, напряженное состояние, деформированное состояние, интенсивность деформаций, компьютерное моделирование.
Анализ напряженного и деформированного состояния, повреждаемости материала и других параметров при штамповке металлических изделий является важным этапом в процессе производства [1-3]. Этот анализ позволяет оптимизировать процесс штамповки, повысить качество готовой продукции и снизить производственные затраты. Во-первых, анализ напряженного состояния помогает выявить области концентрации напряжений в материале во время штамповки. Это позволяет предотвратить возможные разрывы, трещины или другие дефекты, которые могут возникнуть из-за чрезмерного деформирования. Понимание распределения напряжений также помогает оптимизировать форму и размеры инструмента. Деформированное состояние материала также требует тщательного анализа. Это помогает прогнозировать конечную форму изделия и обеспечивать соответствие заданным размерам и допускам. Анализ деформаций позволяет выявить области, где может произойти чрезмерное утонение или утолщение материала, что необходимо для сохранения прочностных характеристик изделия. Оценка повреждаемости материала также важна, она позволяет предсказать возможное появление микротрещин, разрывов или других структурных дефектов, которые могут повлиять на эксплуатационные характеристики изделия [4-6]. Этот анализ особенно важен для деталей, работающих в условиях высоких нагрузок или циклических напряжений. Кроме того, анализ других параметров, таких как температура, скорость деформации, трение, играет важную роль в оптимизации процесса штамповки [7-9].
Использование современных методов компьютерного моделирования, таких как метод конечных элементов, позволяет проводить комплексный анализ всех этих параметров еще на стадии проектирования. Это значительно сокращает время и затраты на разработку технологического процесса, уменьшает количество пробных штампов и снижает риск производства бракованных изделий.
В данной работе проводится анализ напряженного и деформированного состояния при обратном выдавливании детали типа стакан с внутренним направляющим выступом с помощью программного обеспечения QForm [10]. На рисунке представлено распределение средних напряжений в сечении при формировании изделия двумя типами инструмента, а именно с рабочей кромкой с закругленными краями и острыми.
615
Известия ТулГУ. Технические науки. 2024. Вып. 7
Распределение средних напряжений по сечению
Верхняя часть изображений и область вокруг центрального канала окрашены в желтый или светло-зеленый цвета. Это указывает на то, что там напряжения близки к нулю или имеют небольшие положительные значения. В непосредственной близости от инструментов (нижняя часть зоны деформации) наблюдаются области с высоким положительным напряжением, о чем свидетельствуют красные цвета. В регионах под инструментами и в окрестностях материала проявляются значительные отрицательные напряжения, окрашенные в различные оттенки синего. Эти области отмечены значительными значениями напряжений, что можно наблюдать из распределения по цветовой шкале.
Максимальные значения получаемых данных
Параметры Острые рабочие кромки Закругленные рабочие кромки
Повреждаемость 0,67 0,29
Вероятность дефектов 0,32 0,24
Максимальные растягивающие напряжения, МПа 147 146
Максимальные сжимающие напряжения, МПа 490 491
Интенсивность деформаций 6,5 6
Таблица предоставляет данные о повреждаемости, вероятности дефектов, максимальных растягивающих и сжимающих напряжениях, а также интенсивности деформаций для изделий, штампованных с использованием инструментов с острыми и закругленными рабочими кромками. Максимальные сжимающие напряжения практически одинаковы, чуть выше при использовании закругленных рабочих кромок, разница составляет всего 1 МПа. Максимальные растягивающие напряжения незначительно ниже при использовании закругленных рабочих кромок, разница составляет всего 1 МПа. Повреждаемость значительно меньше при использовании закругленных рабочих кромок по сравнению с острыми, так разница составляет 230%.
Закругленные рабочие кромки оказываются предпочтительнее при штамповке изделия, так как показывают меньшую повреждаемость и вероятность дефектов, а также более низкую интенсивность деформаций и максимальные сжимающие напряжения.
В заключение, проведение анализа напряженного и деформированного состояния, повреждаемости материала и других параметров при штамповке металлических изделий является необходимым условием для обеспечения высокого качества продукции, оптимизации производственного процесса и снижения производственных затрат.
Список литературы
1. Пугаев П.В. Применение холодной штамповки для формирования соединительных элементов // Вестник Тульского государственного университета. Автоматизация: проблемы, идеи, решения: Сборник научных трудов Национальной научно-технической конференции с международным участием. Тула: Тульский государственный университет, 2023. С. 159-161. EDN AWQEOI.
2. Голенков В.А., Дмитриев А.М., Кухарь В.Д., Радченко С.Ю., Яковлев С.П., Яковлев С.С. Специальные технологические процессы и оборудование обработки давлением. М.: Машиностроение, 2004. 464 с.
3. Биба Н.В., Лишний А.И., Стебунов С.А. Эффективность применения моделирования для разработки технологии штамповки // Кузнечно-штамповочное производство. 2001. №5. С. 39-44.
4. Никифоров А.Д. Современные проблемы науки в области технологии машиностроения. / А.Д. Никифоров. М.: Высшая школа, 2006. 392 с.
5. Каркач Л.В. Исследование процесса обратного выдавливания // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. Вып. 9. С. 356-358.
6. QFoIm 2D/3D Программа для моделирования процессов обработки металлов давлением Версия УХ. Часть 2. Руководство пользователя. «КванторФорм», 2018. 431 с
7. Вобликов Г.А. Оценка операции отбортовки с помощью компьютерного моделирования в программном комплексе // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2023. Вып. 9. С. 623-625. EDN TVMRTI.
8. Грибачев Я. В. Сравнение состояния в деталях при их формировании различными методами // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып. 11. С. 453-455.
9. Компьютерное моделирование процессов обработки металлов давлением: учебное пособие / А. А. Бо-гатов, Д. А. Павлов, М. В. Ерпалов [и др.] ; под общей редакцией А. А. Богатова; Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина. Екатеринбург: Издательство Уральского университета, 2018. 248 с. EDN: UUHNSC.
10. 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.
Мосягин Илья Владимирович, студент, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
COMPUTER SIMULATION OF THE REVERSE EXTRUSION PROCESS I.V. Mosyagin
The article is devoted to the analysis of the stress and strain state, material damage and other parameters during stamping of metal products. The importance of such an analysis for optimizing the production process, improving product quality and reducing costs is considered. Special attention is paid to the use of modern computer modeling methods, in particular the finite element method. The paper presents the results of a study of the process of reverse extrusion of a glass-type part with an internal guide, carried out using the QForm software. The distribution of average stresses in the section of the product is analyzed when using tools with sharp and rounded working edges. Data on damage, probability of defects, maximum stresses and intensity of deformations are presented. Based on the results obtained, a conclusion is drawn about the advantages of using tools with rounded working edges for this type ofproduct.
Key words: average stresses, stress state, deformed state, strain intensity, computer modeling.
Mosyagin Ilya Vladimirovich, student, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
