CC BY
1
blank into a matrix with a radial entrance surface. The variation of stress intensities in the part for different values of the rounding of the working area of the matrix is analyzed. Calculations for the operation under study were carried out using CAE modeling. The results are obtained in the form of graphs and diagrams.
Key words: modeling, drawing, stress intensity, shape change.
Isayeva Yulia Dmitrievna, student, [email protected], Russia, Tula, Tula State University, Kharchenko Anton Vitalievich, student, [email protected], Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.7.043
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-11-352-353
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОЛУЧЕНИЯ СЛОЖНОПРОФИЛЬНОГО ИЗДЕЛИЯ ОБРАБОТКОЙ
МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ
К.А. Галицина
Обработка металлов давлением является одним из наиболее эффективных и широко применяемых методов обработки и формообразования заготовок. В сравнении с другими методами, такими как литье, сварка или обработка резанием, штамповка обладает рядом преимуществ, которые делают этот способ используемым во многих отрасляй промышленности. В данной статье представлен анализ и обзор основных преимуществ штамповки относительно других методов обработки металлов. Также в данной работе проводится компьютерное моделирование процесса получения изделия со сложным профилем методом объемной штамповки. Основное внимание в работе акцентируется на результаты исследования влияния коэффициента трения на силовые параметры процесса, приводится график усилия изменения формы металлической заготовки, проводится анализ напряженного и деформированного состояния. По результатам компьютерного моделирования делаются выводы о том, как влияет коэффициент трения на различные характеристики объемной штамповки включая усилие, интенсивность напряжений и деформаций.
Ключевые слова: пластическое формоизменение, объемная штамповка, изделие со сложной формой поперечного сечения, компьютерное моделирование, усилие, штамповка.
В современном промышленном производстве механическая обработка металлов является неотъемлемой частью процесса изготовления различных деталей и изделий [1-3]. Существует множество методов обработки металлов, включая фрезеровку, токарную обработку, сварку и штамповку [4]. В данной статье рассматриваются преимущества штамповки [5-6] относительно других методов обработки металлов и исследуем его влияние на промышленность. Одним из ключевых преимуществ этого метода является возможность точной обработки металла, она позволяет получать детали с точными размерами и геометрией, что является особенно важным для промышленности, где требуется высокое соответствие размерных характеристик. Еще одно преимущество штамповки - возможность обработки большого количества заготовок за короткое время, то есть высокая производительность, что существенно сокращает время производства и приводит к снижению затрат. Также штампованные детали обладают высокой прочностью и износостойкостью, это особенно важно в условиях высоких нагрузок, например, в автомобильной и аэрокосмической промышленности. Помимо этого, штамповка позволяет экономить материалы, так как используется минимальное количество материала для создания детали, это достигается за счет небольшого отхода металла. Также штамповка позволяет создавать детали со сложной формой, так как штамповая оснастка может быть спроектирована для создания деталей с высокой сложностью геометрии.
Поэтому для получения изделия (рис. 1) был выбран метод объемной штамповки, для этого использовалась заготовка цилиндрической формы, которая в последствии формоизменяется в матрице пуансоном. Для этого было проведено компьютерное моделирование в программе QForm [7-10], где проводилось исследование пластического формоизменения стальной цилиндрической заготовки при разных режимах трения.
В качестве модели трения использовалось трение Кулона с коэффициентами 0, 0,1 и 0,3. И были извлечены данные о требуемых для формоизменения силах (рис. 2).
352
Технологии и машины обработки давлением
юоо
Рис. 2. График технологической силы от времени при разных коэффициентах трения
По данным кривым можно отметить, что трение оказывает влияние на технологическую силу, и разница при увеличении трения от 0,1 до 0,3 составляет более 10%, при этом форма кривых одинакова. Далее проводится оценка напряженного и деформированного состояния (см. табл.).
К исследованию напряженного и деформированного состояния
Коэффициент трения 0 0,1 0,3
Интенсивность напряжений, МПа 359 376 379
Интенсивность деформаций 8,4 7,6 10,4
Установлено, что с увеличением коэффициента трения возрастает интенсивность напряжений и деформаций. Увеличение интенсивности напряжений составляет почти 10%, а интенсивности деформаций более 20%.
Таким образом в ходе моделирования выявлено, что трение оказывает большое влияние на весь процесс формирования сложнопрофильной детали. И в данном случае влияние трения выражено в увеличении технологической силы, возрастании интенсивности напряжений и деформаций. В дальнейшем планируется изучение повреждаемости материала, вероятности дефектообразования и иных характеристик от которых зависит качество детали.
Список литературы
1. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т. 2. / Под ред. А.М. Дальского, А.Г. Косиловой, Р.К. Мещерякова, А.Г. Суслова. 5-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 2001. 905 с.
2. Бурцев В.М. Технология машиностроения. В 2-х т. Т. 1. Основы технологии машиностроения: Учебник для вузов / В.М. Бурцев. М.: МГТУ им. Баумана, 2011. 478 с.
3. Основы технологии машиностроения. / Под ред. B.C-Корсакова. Изд. 3-е, доп. и перераб.: Учебник для вузов. М.: Машиностроение, 1977. 416 с.
4. Афонькин М.Г., Магницкая М.В. Производство заготовок в машиностроении. Л.: Машиностроение, 1987. 256 с.
5. Патент № 2801517 C1 Российская Федерация, МПК B21C 37/20. Способ получения оболочек с ребрами на наружной поверхности: № 2022129738: заявл. 16.11.2022: опубл. 09.08.2023 / С. С. Яковлев, В. А. Коротков, В. Д. Кухарь [и др.] ; заявитель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет". EDN GXIPTZ.
6. Букарев И. М., Бабин Д. М. Моделирование процесса объемной штамповки в DEFORM 3D и QFORM 3D // Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2008. № 6. С. 5. EDN JWKJQD.
7. Самсонов Н. А., Хрычев И. С. Влияние профиля заходной части матрицы на геометрию изделий при вытяжке круглых заготовок // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. Вып. 3. С. 122-126. EDN IWQFYF.
8. Применения пакета QFORM 3D для восстановления рабочих поверхностей разжимных Кулаков тормозной системы автомобиля / В. Г. Шибаков, Д. Л. Панкратов, А. И. Швеев [и др.]. 2009. № 2(38). С. 243-248. EDN TWIAFP.
9. Элингхаузен Т., Стебунов С. А. QForm 7 - новое слово в моделировании процессов обработки металлов давлением // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. 2014. № 2. С. 31-34. EDN SNXTSN.
10. QForm 2D/3D Программа для моделирования процессов обработки металлов давлением Версия VX. Часть 2. Руководство пользователя. «КванторФорм», 2018. 431 с.
Галицина Ксения Алексеевна, магистрант, [email protected]. Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Научный руководитель: Платонов Валерий Иванович, канд. техн. наук, доцент, Россия, Тула, Тульский государственный университет
MODELING OF OBTAINING A COMPLEX-PROFILE PRODUCT BY PRESSURE TREATING OF METALS
K.A. Galitsina
Metal forming is one of the most effective and widely used methods of processing and shaping semi-finished products. Compared to other methods such as casting, welding or machining, stamping has a number of advantages that make this method used in many industries. This article presents an analysis and overview of the main advantages of stamping relative to other metal processing methods. Also in this work, computer simulation of the process ofproducing a product with a complex profile using the method of volumetric stamping is carried out. The main attention in the work is focused on the results of a study of the influence of the friction coefficient on the power parameters of the process, a graph of the force of changing the shape of a metal workpiece is presented, and an analysis of the stressed and deformed state is carried out. Based on the results of computer modeling, conclusions are drawn about how the friction coefficient influences various characteristics of volumetric forging, including force, intensity of stress and deformation.
Key words: plastic forming, volumetric stamping, product with a complex cross-sectional shape, computer modeling, force, stamping.
Galitsina Ksenia Alekseevna, undergraduate, [email protected], Russia, Tula, Tula State University,
Scientific advisor: Platonov Valery Ivanovich, candidate of technical science, docent, Russia, Tula, Tula State
University
УДК 621.73.01
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-11-354-355
ПОЛУЧЕНИЕ ОБОЛОЧКИ МЕТОДОМ ОБРАТНОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ
А.И. Гасанов
Исследования и компьютерные моделирования в области штамповки металлических деталей стали неотъемлемой частью разработки и производства изделий. В этой статье рассматривается необходимость проведения исследований и использования компьютерных моделирований в области обработки металлов давлением. В статье описаны основные преимущества и особенности исследований процессов обработки металлов давлением с помощью применения метода компьютерного моделирования. Также в работе приводятся результаты исследования операции обратного выдавливания с помощью математического моделирования при использовании разной по форме штамповой оснастки. Приводятся данные о технологической силе, интенсивности напряжений и деформаций, растягивающих и сжимающих напряжениях. В работе также приводится график технологической силы обратного выдавливания и делаются выводы на основе полученных данных о влиянии формы инструмента на напряженное и деформированное состояние.
Ключевые слова: обработка металлов давлением, компьютерные моделирования, обратное выдавливание, технологическая сила, интенсивность напряжений, средние напряжения.
В настоящее время в науке все чаще используются современные технологии, такие как компьютерные моделирования, в том числе данный метод используется и в процессах обработки металлов давлением [1-3]. Это позволяет более точно предсказывать поведение материалов при штамповке и позволяет учитывать множество факторов, таких как величины деформаций, термообработку, геометрические характеристики инструмента и заготовки. Это особенно необходимо при разработке сложных деталей, которые требуют точности изготовления и высокого качества. Кроме того, компьютерные моделирования позволяют проводить имитационные испытания и оптимизацию процесса пластического изменения формы. Это сокращает время и затраты на изготовление и испытание прототипов, что является существенным экономическим преимуществом.
450
400
350
300
X
■± 250
-0 мм я»
^ X 200
-2 мм о 150
-10 мм 100
50
0
о 2 4 6 8 Ю
Перемещение пуансона, мм
График технологической силы
Другим преимуществом компьютерных моделирований является возможность исследования нестандартных методов и процессов штамповки. Например, новые способы и материалы, добавление дополнительных этапов обработки, может способствовать созданию новых типов изделий и повышению качества продукции. Важно отметить, что моделирования позволяют проводить анализ и оптимизацию не только самого процесса штамповки, но и других факторов, влияющих на качество и производительность. Например, можно изучать влияние скорости деформирования, температуры обработки на детали и инструменты. Еще одно важное преимущество компьютерных
354
