CC BY
4
УДК 621.73.01
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-5-407-408
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА СОЗДАНИЯ КОЛЬЦЕВОГО
УТОЛЩЕНИЯ
И.К. Цепляев
Ковочно-штамповочные процессы находят широкое применение в машиностроении, авиационной, судостроительной, железнодорожной, бытовой, пищевой промышленности и во многих других отраслях производств благодаря своим преимуществам, описанным в данной работе. Основной задачей обработки давлением является изменение формы, размеров заготовки, а также изменение ее механических свойств. Существует множество методов обработки давлением, одним из которых является объемная штамповка. В данной работе проводится оценка операции получения кольцевой заготовки с фланцевым утолщением. Изготовление детали осуществляется методом холодной объемной штамповки. Особенностью исследования является получение данных о стадиях изменения формы, интенсивно-стях деформаций и средних напряжений при различных коэффициентах трения, которые имитируют применение реальных смазочных материалов. С помощью компьютерного моделирования проводится оценка напряженного и деформированного состояний, проводится аналитическое сравнение распределений и максимальных величин сжимающих и растягивающих напряжений, а также интенсивностей деформаций. Приводятся изображения сечений получаемых полуфабрикатов с распределениями исследуемых величин.
Ключевые слова: кольцевая деталь с утолщением, средние напряжения, холодная объемна штамповка, стадии формоизменения, интенсивность деформаций.
Обработка металлов давлением является необходимой технологией для производства различных металлических деталей и конструкций. И находит широкое применение в машиностроении, авиационной, судостроительной, железнодорожной, бытовой, пищевой промышленности и во многих других отраслях. Основной задачей применения давления является изменение формы, размеров заготовки, а также изменение ее механических свойств. Одним из главных преимуществ обработки металлов давлением является возможность производства деталей высокого качества и с высокой точностью при больших показателях производительности, что нельзя сказать о некоторых других методах производства металлических изделий, таких как механическая обработка, сварка, литье, электрохимическая обработка [14]. Кроме того, штамповка позволяет уменьшить количество отходов при производстве деталей, что является экономически выгодным. Однако стоит отметить, что обработка металлов давлением является методом больше заготовительного производства, и в последствии часто требует механическую обработку, сборочные операции и пр.
а
1 ■
б
1 ш ш
в
VI н
г
Рис. 1. Стадии изменения формы 407
Известия ТулГУ. Технические науки. 2023. Вып. 5
Существует множество методов обработки давлением, одним из которых является объемная штамповка, с помощью которой можно получить кольцевые полуфабрикаты с фланцевым утолщением. Однако при их производстве ставится вопрос о том, какую смазочную жидкость применять, и как это повлияет на весь процесс штамповки. Поэтому в данной работе проводится исследование холодной объемной штамповки кольцевого полуфабриката при различных режимах трения с помощью компьютерного моделирования в QForm [5-10]. Деформирование происходит при помощи пуансона и матрицы, в последней размещается заготовка и далее происходит рабочий ход и формирование требуемой геометрии. Исследовалось формоизменение стального кольца при нескольких типах смазки: графит + вода, фосфаты + мыло, без смазки (режим сталь по стали). Таким образом были получены изображения стадий формирования фланцевой части (рис. 1).
В независимости от типа смазки в конечном счете детали получаются одной и той же формы, при этом при одном и том же рабочем ходе промежуточные формы не отличаются. Далее было проведено исследование интенсивностей деформаций (рис. 2).
Рис. 2. Интенсивности деформаций
На последней стадии формоизменения максимальная интенсивность деформаций для всех анализируемых ситуаций примерно одинакова и составляет около 2,1. При этом данная величина распределена только по угловым участкам. В нижней части кольца деформации отсутствуют. Далее проведена оценка средних напряжений (рис. 3). В целом распределение деформаций практически одинаково при всех используемых смазках.
Рис. 3. Средние напряжения
408
а
в
Для все исследуемых типов смазок распределение средних напряжений по полуфабрикату идентично, однако отличаются только численно растягивающие и сжимающие напряжения. В основной части кольца присутствуют сжимающие напряжения величиной до -3000 МПа. В формируемом фланце наблюдаются растягивающие напряжения, величина которых достигает 500 МПа при отсутствующей смазки. При этом, чем меньше коэффициент трения при моделировании, тем меньшие по величине растягивающие напряжения наблюдаются. Таким образом данная работа показала, что величина и распределение интенсивностей деформаций, а также форма изделия не отличаются в зависимости от применяемой смазки, однако растягивающие напряжению отличаются.
Список литературы
1. Ковка и штамповка: справочник. В 4 т. / Е. Н. Семенов [и др.]. М.: Машиностроение, 1987. Т. 3. Холодная объемная штамповка / под ред. Г. А. Навроцкого. 1987. 384 с.
2. Тюрин В. А. Теория обработки металлов давлением : учебник для вузов ; под ред. проф. В. А. Тюрина / В. А. Тюрин, А. И. Мохов. - Волгоград: Политехник, 2000. 416 с.
3. Суслов А.Г. Научные основы технологии машиностроения [Текст]: научная монография / А.Г. Суслов, А.М. Дальский. М.: Машиностроение, 2002. 684 с.: ил.
4. Богодухов С. И. Материаловедение и технологические процессы в машиностроении: учеб. пособие для студ. Вузов / С. И. Богодухов, А. Д. Проскурин, Р. М. Сулейманов и др.; под общ. ред. С. И. Богодухова. Старый Оскол: ТНТ (Тонкие наукоемкие технологии), 2010. 559 с.
5. Биба Н. В. Новая версия программы моделирования трехмерной объемной штамповки QFORM // Главный механик. 2009. № 2. С. 18-21. EDN: RMWRUB.
6. Платонов В. И. К расчету напряжений при раздаче в условиях вязкопластичности // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. № 8. С. 497-500. EDN: KATIBS.
7. Биба Н. В., Лишний А. И., Стебунов С. А. Расчет инструмента и технологии прессования профилей с помощью программы QForm // Цветные металлы. 2008. № 10. С. 83-87. EDN: KUAATF.
8. Кухарь В. Д., Коротков В. А., Яковлев С. С., Шишкина А. А. Изготовление сетки рифлей на внутренней поверхности цилиндрической оболочки // Заготовительные производства в машиностроении. 2023. Т. 21, № 3. С. 120-122. EDN: RRHECT.
9. Габидуллин А. Э., Овчинников А. В., Алпатов В. П., Черноглазова Т. А. Прогноз структурного состояния и свойств прессованных алюминиевых полуфабрикатов с использованием САПР-системы QForm // Известия высших учебных заведений. Цветная металлургия. 2009. № 3. С. 52-55. EDN: KKOBOZ.
10. Вобликов Г. А. Оценка предельной степени утонения при отбортовке // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2023. № 2. С. 620-623. EDN: FZJJVB.
Цепляев Илья Константинович, студент, 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 THE PROCESS OF CREA TING A RING BLOCK
I.K. Tseplyaev
Forging and stamping processes are widely used in mechanical engineering, aviation, shipbuilding, railway, household, food industries and in many other industries due to their advantages described in this paper. The main task of pressure treatment is to change the shape, dimensions of the workpiece, as well as change its mechanical properties. There are many pressure forming methods, one of which is die forging. In this paper, the operation of obtaining an annular blank with a flange thickening is evaluated. The part is manufactured by cold die forging. A feature of the study is obtaining data on the stages of shape change, strain intensities and average stresses at various friction coefficients, which imitate the use of real lubricants. With the help of computer simulation, the stress and strain states are assessed, and the distributions and maximum values of compressive and tensile stresses, as well as strain intensities, are compared analytically. The images of the cross sections of the obtained semi-finished products with the distributions of the studied quantities are given.
Key words: annular part with a thickening, medium stresses, cold forging, stages of forming, strain
intensity.
Tseplyaev Ilya Konstantinovich, 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
