CC BY
7
МАШИНОСТРОЕНИЕ
Научная статья УДК 621.981
Моделирование напряжённо-деформированного состояния при холодной объёмной штамповке детали «Втулка наружняя» номенклатуры ООО «УАЗ»
Валерий Николаевич Кокорин1
Л
Морозов Олег Игоревич Николай Викторович Мишов Артем Сергеевич Корчакин4 Константин Дмитриевич Волков5 Игорь Дмитриевич Соловьев6
1 2, з, 4, 5, 6 ульяновский государственный технический университет, Ульяновск, Россия. nikolaimishov@gmail. com
Аннотация. Рассмотрены вопросы моделирования процессов холодной объемной штамповки при использование различных граничных условиях. Установлены основные характеристики напряженно-деформированного состояния в контактных зонах инструмента. Ключевые слова: напряженно-деформированное состояние, инструмент, покрытия, смазка, площадь.
MACHINE-BUILDING Scientific article
Modeling of the stress-strain state during cold volumetric stamping of the «Outer sleeve» part of the nomenclature of LLC «UAZ»
Valeriy N. Kokorin1 Oleg I. Morozov 2 Nikolay V. Mishov3 Artem S. Korchakin4 Konstantin D. Volkov5 Igor D. Solovyov6
1,2,3,4,5,6Ulyanovsk State Technical University, Ulyanovsk, Russia. 3nikolaimishov@gmail. com
Abstract. The issues of modeling the processes of cold volumetric stamping with the use of various boundary conditions are considered. The main characteristics of the stress-strain state in the contact zones of the tool are established.
Keywords: stress-strain state, tool, coatings, lubrication, area.
Процесс объёмного холодного деформирования характеризуется высокими уровнями кон-
© Кокорин В. Н., Морозов О. И., Мишов Н. В., Корчакин А. С., Волков К. Д., Соловьев И. Д., 2023
тактных напряжений, значительной величиной сил трения систем: «деформирующий инструмент-заготовка (деталь)», что определяет низкий ресурс работоспособности штампового инструмента холодной объёмной штамповки, как то, образование сколов, надрывов, существенный
износ инструмента и, как следствие, низкое качество изделий. При этом холодному объёмному деформированию свойственно интенсивное упрочнение металла при смещении объёмов в процессе сдвига деформации, что определяет высокий уровень сопротивлению деформированию и снижению штампуемости металла на заготовки в процессе нагружения. Одним из методов минимизирования данных недостатков, а также повышения технологического и инструментального ресурса холодного объёмного деформирования является применения износостойких покрытий на основе ТК
Следует отметить, что в научно-технической литературе и технологической практике недостаточно отражены вопросы реализации покрытий, образуемых ионно-плазменным напылением, что существенно ограничивает возможности штамповки металлов в холодном состоянии [1].
В рамках анализа напряжённо-деформированного состояния (НДС) в процессе деформационного упрочнения металла предложено рассматривать процесс комбинированного деформирования, заключающегося в комплексном использование операций высадки и дорнования, заключающийся в увеличении внутреннего диаметра при изменение наружного профиля детали «Втулка наружняя» (рис. 1).
В рамках исследований произведён расчёт НДС в очаге деформации осевого нагружения в процессе комбинированного деформирования с использованием холодновысадочного инструмента.
Подготовка математической модели, а именно ввод исходных данных осуществлялся в программном продукте Q-Form. Задача решалась в плоскостной постановке с моделированием поперечного сечения деформируемого металла.
Материал заготовки - углеродистая сталь 45, материал инструмента пуансона - быстрорежущая сталь Р6М5. Материал покрытия - ТК
При изучение характера НДС были использованы следующими граничными условиями реализации системы: «подложка (покрытие) - заготовка»: 1) без покрытия/без смазки; 2) со смазкой/без покрытия; 3) без смазки/с покрытием; 4) со смазкой/с покрытием.
Эффективность реализации данных систем анализировалось с помощью сравнения площадей характерных зон равного уровня эквивалентного напряжения в теле инструмента. Использовался модуль просмотра результатов моделирования в ПО Q-Form. Были выделены пять характерных зон равного уровня эквивалентного напряжения, представленные на рисунках 2-3.
Характеристика площадей равного уровня эквивалентного напряжения в инструменте (пуансоне) на первой операции показана на рисунке 2.
Характеристика площадей равного уровня эквивалентного напряжения в инструменте (пуансоне) на второй операции, характеризующихся дополнительной величиной накопленных остаточных напряжений, показана на рисунке 3.
Рис. 1. Принципиальная схема холодной объёмной штамповки
Рис. 2. Характер распределения эквивалентных напряжений в инструменте на первой операции: а - без покрытия без смазки; б - без покрытия со смазкой; в - с покрытием без смазки; г - с покрытием со смазкой; 1 - 0-240 МПа; 2 - 240-480 МПа; 3 - 480-710 МПа; 4 - 710 - 950 МПа
Рис. 3. Характер распределения эквивалентных напряжений в инструменте на второй операции: а - без покрытия без смазки; б - без покрытия со смазкой; в - с покрытием без смазки; г - с покрытием со смазкой; 1 - 0-240 МПа; 2 - 240-480 МПа; 3 - 480-710 МПа; 4 - 710 - 950 МПа.
Рис. 4. Диаграмма площадей равного уровня напряжений на первой операции холодного деформирования
Площади равного уровня напряжений на второй операции
без покрытия без без покрытия со смазки смазкой
с покрытием без смазки
с покрытием со смазкой
Наличие смазки, покрытия
■ 0-240 240-480
■ 4S0-710 1710-950
Рис. 5. Диаграмма площадей равного уровня напряжений на второй операции
холодного деформирования
Таблица 1
Характеристика силового воздействия, учитывающая величину площадей равного уровня эквивалентных напряжений
№ зоны равного уровня Виды реализованной системы контакта CTj, МПа С 2 мм Ъъ % Z7 2 р2, мм ^2, %
(рис.2)
1 0-240 226,4 14,52 57,0 3,66
2 без покрытия, 240-480 1260,2 80,83 443,6 28,49
3 без смазки 480-710 54,9 3,52 1002,2 64,37
4 710-950 15,5 0,10 54,2 3,48
1 0-240 633,4 40,63 334,6 21,49
2 без покрытия, 240-480 866,2 55,56 1047,5 67,28
3 со смазкой 480-710 57,4 3,81 162,6 10,44
4 710-950 0 0 12,3 0,79
1 0-240 331,2 21,38 142,3 9,14
2 с покрытием, 240-480 1158,9 74,33 1159,3 74,46
3 без смазки 480-710 66,3 4,25 218,9 14,06
4 710-950 0,6 0,04 36,5 2,34
1 0-240 1051,4 67,44 160,5 10,31
2 с покрытием, 240-480 446,7 28,65 1310,2 84,15
3 со смазкой 480-710 58,9 3,91 84,9 5,45
4 710-950 0 0 1,4 0,09
Численные значения абсолютной величины площадей равного уровня напряжений на первой и второй операции представлены в таблице 1.
На рисунке 4 представлена диаграмма площадей равного уровня напряжений на первой операции.
На рисунке 5 представлена диаграмма площадей равного уровня напряжений на второй операции.
Таким образом, на первой операции использование покрытия и смазки способствует уменьшению площади зоны напряжения №2 (240-480) МПа (с 80,83% без покрытия, без смазки до 28,65% с покрытием, со смазкой) и увеличению площади зоны напряжения №1 (0-240) МПа (с 14,52% без покрытия, без смазки до 67,44% с покрытием, со смазкой). На второй операции использование покрытия и смазки способствует уменьшению площади зоны напряжения №3 (480-710) МПа (с 64,37% без покрытия, без смазки до 5,45% с покрытием, со смазкой) и увеличению площади зоны напряжения №2 (240480) МПа (с 28,49% без покрытии, без смазки до 84,15% с покрытием со смазкой), что говорит об
общем снижении эквивалентного напряжения в инструменте, в результате использования модификации поверхности инструмента в виде использования износостойкого покрытия
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ
1. Кокорин В. Н., Морозов О. И., Мишов Н. В. Анализ структурно-деформационных характеристик при локализованном пластическом сдвиге гетерофазных материалов на основе железа // Упрочняющие технологии и покрытия. 2023. Т. 19, № 4 (220). С. 164-169.
Информация об авторах
В. Н. Кокорин - доктор технических наук, заведующий кафедрой «Материаловедение и обработка металлов давлением» Ульяновский государственный технический университет; О. И. Морозов - старший преподаватель кафедры «Материаловедение и обработка металлов давлением», аспирант, Ульяновский государственный технический университет; Н. В. Мишов - ассистент кафедры «Материаловедение и обработка металлов давлением»,
аспирант, Ульяновский государственный технический университет;
А. С. Корчакин - студент группы ОМбд-41, машиностроительный факультет, Ульяновский государственный технический университет; К. Д. Волков - студент группы ОМбд-31, машиностроительный факультет, Ульяновский государственный технический университет; И. Д. Соловьев - студент группы ОМбд-31, машиностроительный факультет, Ульяновский государственный технический университет.
REFERENCES
1. Kokorin V. N., Morozov O. I., Mishov N. V.
Analiz strukturno-deformacionnyh harakteristik pri lokalizovannom plasticheskom sdvige geterofaznyh materialov na osnove zheleza [Analysis of structural and deformation characteristics in localized plastic shear of heterophase materials based on iron]./ Uprochnyayushchie tekhnologii i pokrytiya [Hardening technologies and coatings]. 2023. Vol. 19, No. 4 (220), pp. 164-169.
Information about the authors V. N. Kokorin - Doctor of Technical Sciences, Head of the Department «Materials Science and Metal Processing by Pressure» UlSTU;
0.1. Morozov - Senior Lecturer of the Department of Materials Science and Metal Processing by Pressure, postgraduate student, Ulyanovsk State Technical University;
N. V. Mishov - Assistant of the Department «Materials Science and Metal Processing by Pressure», postgraduate student, Ulyanovsk State Technical University;
A. S. Korchakin - student of the group OMbd-41, Faculty of Mechanical Engineering, Ulyanovsk State Technical University;
K. D. Volkov - student of the OMbd-31 group, Faculty of Mechanical Engineering, Ulyanovsk State Technical University;
1. D. Soloviev - student of the OMbd-31 group, Faculty of Mechanical Engineering, Ulyanovsk State Technical University.
Статья поступила в редакцию 08.06.2023; одобрена после рецензирования 13.06.2023; принята к публикации 16.06.2023.
The article was submitted 08.06.2023; approved after reviewing 13.06.2023; accepted for publication 16.06.2023.
