CC BY
1
three-dimensional model of the part with radial stiffeners and curved edges obtained by flanging. Cross-sectional analysis shows no thinning of the material, and analysis of stamping forces provides information on the peak force required for forming, thereby confirming the ability to combine these processing steps to produce a product with the desired characteristics.
Key words: relief molding, plastic deformation, computer modeling, technological force, metal forming, aluminum billet.
Gribachev Yaroslav Vasilevich, graduate student, [email protected], Russia, Tula, Tula State University,
Voblikov Grigorii Alekseevich, student, [email protected], Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.73.01
DOI: 10.24412/2071-6168-2024-1-641-642
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ШТАМПОВКИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ
ДЕТАЛЕЙ С ФЛАНЦЕВОЙ ЧАСТЬЮ
Ю.С. Аникеева
В представленной работе рассматривается обработка давлением сталей как эффективный метод изготовления деталей. Приводятся основные преимущества этого процесса, такие как высокая прочность деталей, высокая точность изготовления и возможность создания сложных форм. Также указывается на ограничения по размерам деталей при использовании этого метода. Помимо этого, обращается внимание на необходимость выбора наиболее подходящего метода обработки по различным характеристикам, для чего было проведено компьютерное моделирование процесса и определены параметры для двух методов получения одной и той же детали. Данная статья представляет информацию о важности и необходимости использования современных методов моделирования для определения оптимальных параметров процесса. Более детально рассматривается получение цилиндрической детали с фланцевой частью методами выдавливания и высадки в программном комплексе для компьютерного моделирования. Анализируются формы изделий, напряженно-деформированное состояние, технологическое усилие формоизменения. Делаются выводы про возможность и оптимальность изготовления детали тем или иным способом.
Ключевые слова: компьютерное моделирование, обработка металлов давлением, объемная штамповка, интенсивность напряжений, повреждаемость, технологическое усилие.
Обработка давлением является одним из наиболее эффективных способов изготовления деталей из сталей, этот процесс позволяет создавать высококачественные и прочные детали, которые могут использоваться в самых различных отраслях промышленности [1-3]. Ниже рассмотрим основные преимущества, недостатки и особенности обработки давлением сталей.
Преимущества обработки давлением:
1. Высокая прочность деталей. Обработка давлением позволяет создавать детали с высокой степенью прочности и износостойкости. Это делает такие детали оптимальными для использования в условиях повышенных нагрузок и воздействий. Это может быть достигнуто за счет множества методов и факторов, например, интенсивной пластической деформации [4-5], дробеструйной обработки и пр.
2. Высокая точность изготовления. Процесс обработки давлением обеспечивает высокую точность изготовления деталей, что позволяет получать их с минимальными отклонениями от заданных параметров.
3. Возможность создания сложных форм. Кузнечно-штамповочные операции позволяют создавать детали со сложными геометрическими формами, что делает их универсальными и применимыми в различных областях.
Одним из самых главных недостатков можно выделить ограничения по размерам деталей. Обработка давлением имеет определенные ограничения по размерам изготавливаемых деталей, что может стать проблемой при производстве крупных деталей. Однако многие крупные изделия можно изготовить импульсными методами, например, штамповкой взрывом или электрогидравлической.
В целом, обработка давлением является эффективным способом изготовления деталей, обладающим рядом преимуществ и недостатков. Однако одинаковые по форме изделия можно получить штамповкой с помощью разных методов, например изделие (см. рис.) можно получить, например, как высадкой, так и выдавливанием. Поэтому требуется определить наиболее подходящий метод по многим характеристикам, для выполнения этой задачи было проведено компьютерное моделирование [6-7] процесса и определены усилие, интенсивность напряжений и деформаций, средние напряжения при штамповке деталей обоими методами (см. табл.).
Получаемые изделия
Для моделирования были выбраны 2 одинаковые цилиндрические заготовки, которые выполнены из стали 10. Моделирование проводилось с использованием программы qform [8-10] и осуществлялось высадка и выдавливание образцов.
Максимальные параметры процесса
Параметр Высадка Выдавливание
Усилие, кН 500 750
Интенсивность напряжений, МПа 690 710
Средние напряжения, МПа 100...-1400 0.-3500
Интенсивность деформаций 2,2 2,5
Данное исследование показало, что:
- Усилие, требуемое для процесса выдавливания больше, чем для процесса высадки (750 кН против 500 кН).
- Интенсивность напряжений немного больше при выдавливании (710 МПа против 690 МПа).
- Интервал средних напряжений значительно шире при выдавливании (от 0 до -3500 МПа) по сравнению с высадкой (от 100 до -1400 МПа). Это указывает на то, что при выдавливании присутствуют только сжимающие напряжения, а при высадке присутствуют также и растягивающие напряжения.
- Интенсивность деформаций выше при выдавливании по сравнению с высадкой (2,5 против 2,2), что может указывать на более интенсивную деформацию материала во время процесса выдавливания.
В итоге установлено, что метод высадки по некоторым параметрам превосходят операцию выдавливания, включая меньшую степень деформации, интенсивность напряжений и технологическую силу.
Список литературы
1. Мышкин Н.К., Струк В.А., Пинчук Л.С. Материаловедение в машиностроении и промышленных технологиях. М.: ИД Интеллект, 2010. 536 с.
2. Филонов И.П. Инновации в технологии машиностроения: Учебное пособие / И.П. Филонов, И.Л. Баршай. Минск: Вышэйшая школа, 2009. 110 с.
3. Безъязычный В. Основы технологии машиностроения: Учебник / В. Безъязычный. М.: Машиностроение, 2013. 568 с.
4. Кухарь В. Д., Яковлев С. С. Изготовление деталей ответственного назначения для горных машин методами интенсивной пластической деформации // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2022. № 1. С. 317-324. EDN ZPSBSB.
5. Патент № 2638720 C Российская Федерация, МПК B21D 22/20. Способ вытяжки с интенсивной пластической деформацией и устройство для его осуществления : № 2016137656 : заявл. 21.09.2016 : опубл. 15.12.2017 / В. А. Коротков, С. Н. Ларин, С. С. Яковлев ; заявитель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ). EDN ZUBHAD.
6. Пасынков А. А., Бессмертная Ю. В. Анализ процесса горячей осадки элемента прутковой заготовки // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2023. Вып. 2. С. 623-627. EDN SLEINS.
7. Аникеева Ю. С. Сравнение методов получения цилиндрических деталей с фланцевой частью // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2023. Вып. 5. С. 398-400. EDN LFHEXA.
8. Большаков В.П., Бочков А.Л., Сергеев А.А. 3D-моделирование в AutoCAD, КОМПАСА, Solidworks, Inventor, T-Flex: учеб. курс. СПб.: Питер, 2011. 336 с.
9. Черепашков А.А., Носов Н.В. Компьютерные технологии, моделирование и автоматизированные системы в машиностроении: учеб. для вузов. Волгоград: ИнФолио, 2009. 591 с.
10. Ташматова Ш. С., Ганиева Т. И., Курбонова К. Э. Компьютерное моделирование и автоматизация технологических процессов производства в машиностроении // Теория и практика современной науки. 2020. № 3(57). С. 296-300. EDN IHPAPY.
Аникеева Юлия Сергеевна, магистрант, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Научный руководитель: Бессмертная Юлия Вячеславовна, канд. техн. наук, доцент, Россия, Тула, Тульский государственный университет
COMPUTER SIMULATION OF STAMPING OF CYLINDRICAL PARTS WITH A FLANGE
PART
J.S. Anikeeva
The presented work examines steel forming as an effective method for manufacturing parts. The main advantages of this process are given, such as high strength of parts, high manufacturing accuracy and the ability to create complex shapes. Limitations on part sizes when using this method are also indicated. In addition, attention is drawn to the need to select the most suitable processing method according to various characteristics, for which computer modeling of the process was carried out and parameters were determined for two methods for producing the same part. This article provides information on the importance and necessity of using modern modeling methods to determine optimal process parameters. The production of a cylindrical part with a flanged part by extrusion and upsetting methods in a software package for computer modeling is considered in more detail. The shapes of products, the stressstrain state, and the technological force of forming are analyzed. Conclusions are drawn about the possibility and optimality of manufacturing a part in one way or another.
Key words: computer modeling, metal forming, die forging, stress intensity, damage, technological force.
Anikeeva Julia Sergeevna, student, [email protected], Russia, Tula, Tula State University,
Scientific advisor: Bessmertnaya Yulia Vyacheslavovna, candidate of technical science, docent, Russia, Tula, Tula State University
