CC BY
2
2. Лобов В.А. Проектно-технологическое обоснование применения сплава АМг5 для гильз авиационного вооружения // Сборник аннотаций конкурсных работ XIII Всероссийского межотраслевого молодежного конкурса научно-технических работ и проектов «Молодежь и будущее авиации и космонавтики». М. Издательство Перо, 2021. С. 148-149.
3. Патент 2214483 РФ. Способ меднения алюминия / Ю.Я. Лукомский. Опубл. 20.10.2003. Бюл. №
4. Данилин Г.А., Огородников В.П., Заволокин А.Б. Основы проектирования патронов к стрелковому оружию; 3-е изд., испр. СПб.: БГТУ, 2017. 368 с.
5. Свердлов М.И. Основы проектирования орудийных гильз; Лен. мех. ин-т, 1962. 450 с.
6. Лобов В.А., Олехвер А.И., Ремшев Е.Ю. Разработка технологии изготовления тонкостенных дисковых электродов для резонансных разрядников // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2017. Вып. 11. Ч.1. С. 119-125.
7. Патент 2384600 РФ. Антифрикционная композиция, обладающая антиадгезионными и антикоррозийными свойствами, способ получения антифрикционного покрытия и применение композиции / А.В. Белов, О.Г. Агошков, К.А. Путиев, В.И. Ольховка, Л.А. Семенычева, И.А. Губарева Опубл. 20.03.2010. Бюл. №8.
Лобов Василий Александрович, канд., техн., наук доцент, [email protected], Россия, Санкт-Петербург, Балтийский государственный технический университет «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова,
Фролова Екатерина Олеговна, ассистент, [email protected]. Россия, Санкт-Петербург, Балтийский государственный технический университет «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова
MANUFACTURING METAL ELEMENTS OF SHOT FROM AMG5 ALLOY V.A. Lobov, E.O. Frolova
In the course of the work, an analysis of the use of aluminum alloy as a liner material was carried out, and strength calculations were performed for a liner made ofAMg5 alloy. The final gap was calculated, the strength of the body against longitudinal and transverse rupture was calculated, as well as the pinch force during extraction. A technological process for manufacturing a sleeve from aluminum alloy AMg5 was developed, experimental testing of the manufacturing technology was carried out, as a result of which recommendations were developed for improving the technological process based on the results obtained.
Key words: Sleeve, aluminum, strength, stamping, drawing, stamp.
Lobov Vasiliy Aleksandrovich, candidate of technical science, docent, [email protected]. Russia, Saint-Petersburg, Baltic State Technical University «VOENMEH» named after D.F. Ustinov,
Frolova Ekaterina Olegovna, assistant, [email protected]. Russia, Saint-Petersburg, Baltic State Technical University «VOENMEH» named after D.F. Ustinov
УДК 621.983; 539.974
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-11-340-341
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ ПОКОВКИ ДЕТАЛИ «ПАЛЕЦ ШАРОВОЙ»
П.В. Романов, А.В. Харченко
В статье рассмотрены вопросы компьютерного моделирования процесса объемного деформирования предварительно вальцованной заготовки с целью получения поковки детали «Палей шаровой». Предварительная вальцовка цилиндрических заготовок применяется для придания оптимальной формы и перераспределения металла в осевом направлении. Оптимизированная заготовка способствует минимизации потерь металла, расходуемого на облой в открытых штампах. Проведенное моделирование позволило выявить влияние технологических параметров процесса, условий трения, высоты облойной канавки на напряженно-деформированное состояние поковки, силовые режимы операции. Показаны основные преимущества и недостатки предлагаемой технологической схемы.
Ключевые слова: открытая штамповка, силовые режимы, поковка, интенсивность напряжений, интенсивность деформаций.
Неотъемной частью любого автомобиля являются шаровые шарниры, используемые в подвеске и рулевом управлении. В связи с этим, к таким элементам предъявляются повышенные требования по прочности и износостойкости, т.к. они напрямую влияют на безопасную эксплуатацию транспортных средств. Как правило, для заготовок используются высококачественные конструкционные стали, позволяющие эксплуатировать данные узлы при высоких статических и ударных нагрузках. Использование технологии объемной штамповки способствует формированию оптимальной микроструктуры в теле поковки. Конструкция шаровой опоры и «палец шаровой» приведены на рис. 1.
Данная деталь может иметь различные типоразмеры и габариты. Основным способом получения деталей типа «палец шаровой» является получение поковок объемной штамповкой в открытых штампах из предварительно вальцованных заготовок с их последующей механической обработкой. При использовании открытой штамповки облой гарантирует заполнение полости штампа, но являясь технологической необходимостью, он одновременно увеличивает потери металла в отход, силу деформирования и требует введения дополнительной операции обрезки облоя. Способ штамповки в закрытых штампах (безоблойной штамповки) более экономичен, так как позволяет получить поковку с минимальной последующей обработкой резанием, но при изготовлении поковок типа «палец шаровой», как правило, не применяется, т.к. данное изделие имеет сложную конфигурацию [1-12].
340
Рис. 1. Схема устройства шаровой опоры (а) и «палец шаровой» (б)
В данной работе рассмотрена операция формоизменения удлиненной в плане детали «палец шаровой». В связи со сложной конфигурацией поковки и большим отходом металла в облой при открытой штамповке, наиболее целесообразно использовать предварительное профилирование цилиндрических заготовок в вальцовочных штампах. Данный способ подразумевает перераспределение материала вдоль оси заготовки с изменением площадей поперечных сечений. Далее вальцованная заготовка пластически деформируется с применением кривошипного горячештам-повочного пресса.
Заготовка выполнена из стали 40Х, эскиз детали приведен на рис. 1. Параметры процесса: температура
заготовки 1250 °С ; температура инструмента 20 °С ; трение варьировалось в диапазоне 0,15...0,3; высота облой-ной канавки 1.3 мм при номинальном расчетном значении 2 мм. Схема для моделирования процесса объемной штамповки показана на рис. 2.
Традиционная технологический процесс изготовления таких поковок включает в себя предварительное профилирование заготовок с применением ковочных вальцов, формообразование на кривошипных прессах за несколько переходов в открытых или закрытых штампах, последующие отделочные операции в виде обрезки облоя и очистки поковки от окалины. Проведем компьютерное моделирование процесса формообразования поковки «Палец шаровой» в программном комплексе QForm с целью определения правильности проектирования технологических переходов, выбора оптимальных размеров заготовки и инструмента.
Рис. 2. Схема штамповки детали «Палец шаровой» из предварительно профилированной заготовки: 1 - верхняя вставка; 2 - нижняя вставка; 3 - заготовка
На рис. 3. показано распределение интенсивности напряжений в поковке при их деформации в ручье штампа с высотой облойной канавки, изменяющейся от 1 до 3 мм и коэффициентом трения 0,15.0,3.
Анализ картины распределения величины интенсивности напряжений в теле поковки показывает, что с ростом коэффициента трения от 0,15 до 0,3 происходит увеличение интенсивности напряжений на 5.10%. Изменение высоты облойной канавки в диапазоне от 1 до 3 мм приводит к уменьшению интенсивности напряжений на 3.5%. Наибольшая величина высоты мостика облойной канавки не приводит к возникновению объемных дефектов в поковке.
I
м
а б в
Рис. 3. Интенсивность напряжений в поковках при их деформировании в ручье штампа с разной высотой облойной канавки: а - 1 мм; б -2 мм; в - 3 мм (коэффициент трения 0,15)
■
а б в
Рис. 4. Интенсивность напряжений в поковках при их деформировании в ручье штампа с разной облойной канавки: а -1 мм; б -2 мм; в - 3 мм (коэффициент трения 0,3)
высотой
На рисунке 5 приведены графические зависимости распределения величины интенсивности деформации по объему полуфабриката на заключительной стадии штамповки в зависимости от высоты мостика облойной канавки при фиксированном коэффициенте трения между материалом заготовки и инструмента.
а б е
Рис. 5. Интенсивность деформации в поковках при их деформировании в ручье штампа с разной высотой мостика облойной канавки: а - 1 мм; б -2 мм; в - 3 мм (коэффициент трения 0,15)
Рис. 6. Изменение силы формообразующего процесса при изменении коэффициента трения: 1 - 0,15; 2 - 0,2; 3 - 0,3 (высота облойной канавки 2 мм)
При анализе деформированного состояния заготовки видно, что наибольший уровень интенсивности деформаций сосредоточен в области радиусного перехода от шаровой головки в тело поковки, причем увеличение зазора облойной канавки не приводит к существенному изменению деформированного состояния заготовки. Увеличение коэффициента трения с 0,15 до 0,3 приводит к снижению уровня интенсивности деформаций на 10.15%.
342
Исследовалось изменение величины силы операции в зависимости от относительного хода ползуна пресса h = h / hmax и высоты облойной канавки показано на рис. 6.
Анализ изменения силовых режимов показывает, что увеличение коэффициента трения с 0,15 до 0,3 приводит к увеличению силы на ползуне пресса на 15.. .20%, а увеличение высоты облойной канавки не приводит к изменению силовых значений операции штамповки детали «Палец шаровой». Максимум силы приходится на завершительную стадию операции, где происходит формирование окончательного профиля поковки и уменьшение высоты мостика облойной канавки до номинального значения.
Список литературы
1. Ковка и штамповка. Справочник в 4-х томах. Под ред. Е.И. Семенова. М.: Машиностроение, 2010.
2. Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением. М.: Машиностроение, 1977. 423 с.
3. Третьяков А.В., Зюзин В.И. Механические свойства металлов и сплавов при обработке металлов давлением. М.: Металлургия, 1973. 224 с.
4. Новые наукоемкие технологии в технике. Энциклопедия в 4-х т. / под ред. Касаева К.С. 1994. Рос. кос-мич. агентство. Т 4. 208 с.
5. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. Т 3. 6-е изд., перераб. и доп. М. : Машиностроение, 1982. 576 с.
6. Специальные технологические процессы и оборудование обработки давлением / В.А. Голенков, А.М. Дмитриев, С.П. Яковлев, С.С. Яковлев и др.; под ред. В.А. Голенкова, А.М. Дмитриева. М.: Машиностроение, 2004. 464 с.
7. Технология конструкционных материалов (Технологические процессы в машиностроении): учебник для студентов машиностроительных специальностей вузов: в 4 ч. Ч. 3. Производство заготовок / С.П. Яковлев [и др.]. Тула: Изд-во ТулГУ, 2007. 582 с.
8. Гун Г.Я. Математическое моделирование процессов обработки металлов давлением. М.: Металлургия, 1983. 352 с.
9. Колмогоров В.Л. Механика обработки металлов давлением. Екатеринбург: Уральский государственный технический университет (УПИ), 2001. 836 с.
10. Теория ковки и штамповки / Под ред. Е.П. Унксова, А.Г. Овчинникова. М.: Машиностроение, 1992.
720 с.
11. Яковлев С.П., Кухарь В.Д. Штамповка анизотропных заготовок. М.: Машиностроение, 1986. 136 с.
12. Яковлев С.П., Яковлев С.С., Андрейченко В.А. Обработка давлением анизотропных материалов. Кишинев: Квант. 1997. 332 с.
Романов Павел Витальевич, аспирант, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Харченко Антон Витальевич, студент, Россия, Тула, Тульский государственный университет
MODELING OF THE PROCESS OF VOLUMETRIC STAMPING FORGING OF THE "BALL FINGER " PART
P.V. Romanov, A.V. Kharchenko
The article deals with the issues of computer modeling of the process of volumetric deformation of a pre-rolled workpiece in order to obtain the forging of the "Paley ball" part. Pre-rolling of cylindrical workpieces is used to give the optimal shape and redistribution of metal in the axial direction. Optimized harvesting helps to minimize the loss of metal spent on the coating in open dies. The carried out modeling allowed to reveal the influence of technological parameters of the process, friction conditions, the height of the hollow groove on the stress-strain state of the forging, power modes of operation. The main advantages and disadvantages of the proposed technological scheme are shown.
Key words: open stamping, power modes, forging, stress intensity, strain intensity.
Romanov Pavel Vitalyevich, postgraduate, [email protected], Russia, Tula, Tula State University,
Kharchenko Anton Vitalievich, student, Russia, Tula, Tula State University
