CC BY
1
The article considers the operation offorming a thickening on the inner surface of a conical semi-finished product. The purpose of the operation is to ensure that the part is sufficiently rigid to operate under harsh operating conditions. The parts obtained in the process of shaping are supposed to be used as housings in products of responsible purpose. A simulation was performed in the cae system in order to evaluate changes in power modes during extrusion of internal ribs. Graphical dependencies are obtained. Rational stamping modes are defined. Key words: shaping, force, conical shells, extrusion.
RomanovPavel Vitalyevich, postgraduate, [email protected], Russia, Tula, Tula State University,
Gerasimova Olga Mikhailovna, candidate of technical sciences, mpf-tula@rambler ru, Russia, Tula, Tula State
University
УДК 621.73.01
DOI: 10.24412/2071-6168-2024-3-240-241
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ШТАМПОВКИ КОЛЬЦЕВОГО ИЗДЕЛИЯ
И.К. Цепляев
В данной статье рассматривается роль компьютерного моделирования штамповки металлических изделий в современном производстве. Описываются различные типы моделей, такие как моделирование с использованием метода конечных элементов, моделирование с использованием граничных элементов и моделирование с использованием дискретных элементов. Приводится обзор популярных программных комплексов для компьютерного моделирования штамповки. В данной работе подчеркивается важность учета трения как фактора, влияющего на процессы штамповки, и предлагают использовать различные смазочные материалы для оптимизации процесса. Приводятся результаты компьютерного моделирования штамповки кольцевой заготовки с различными типами смазки, обозначены изменения в повреждаемости, силе и интенсивности деформаций при снижении коэффициента трения. Кроме того, в статье подчеркивается, что компьютерное моделирование штамповки металлических изделий представляет собой эффективный инструмент для оптимизации процесса производства, улучшения качества продукции и снижения издержек. Анализ результатов моделирования позволяет принимать взвешенные решения по выбору оптимальных параметров процесса штамповки и уменьшению рисков.
Ключевые слова: кольцевая деталь с утолщением, компьютерное моделирование, обработка металлов давлением, преимущества, интенсивность деформаций, сила.
Компьютерное моделирование штамповки металлических изделий играет важную роль в современном производстве, оно позволяет оптимизировать процесс штамповки, снизить количество брака и повысить производительность труда [1-4].
Существует множество типов моделей:
1. Моделирование с использованием метода конечных элементов (МКЭ) - наиболее распространенный метод, позволяет анализировать напряжения, деформации и другие физические характеристики материала в процессе штамповки.
2. Моделирование с использованием граничных элементов - эффективен для анализа задач, связанных с поведением материала на границе тела.
3. Моделирование с использованием дискретных элементов - позволяет моделировать поведение отдельных частиц материала, что полезно для анализа процессов, связанных с разрушением.
В целом самым популярным методом на данный момент является метод конечных элементов и реализован во многих программных комплексах компьютерного моделирования, на подобии [5-7]:
1. ANSYS: Популярный пакет программного обеспечения для МКЭ анализа, включает модуль для моделирования штамповки.
2. ABAQUS: Профессиональное программное обеспечение для МКЭ анализа, имеет широкий спектр возможностей для моделирования штамповки.
3. DEFORM: Специализированное программное обеспечение для моделирования штамповки, позволяет моделировать как горячую, так и холодную штамповку.
4. SIMUFACT: Облачное программное обеспечение для МКЭ анализа, имеет модуль для моделирования штамповки.
5. QFORM: одно из самых популярных программных обеспечений в России, позволяющее моделировать процессы обработки металлов давлением.
При этом компьютерное моделирование, как правило, включает в себя следующие этапы:
1. Создание трехмерной геометрической модели или двухмерный эскиз. Данный этап чаще всего выполняется с использованием САПР, реже с помощью встроенных редакторов геометрии.
2. Задание свойств материалов и граничных условий. На данном этапе происходит указание параметров материалов, таких как упрочнение, сопротивление деформированию, коэффициент Пуассона, предел текучести, температура и т.д., а также задаются условия нагружения, перемещения и других параметров, воздействующих на модель.
3. Далее происходит расчет модели и соответственно анализ полученных результатов.
Такие компьютерные моделирования имеют широкий набор преимуществ, которые включают: избегание дорогостоящих экспериментов с реальными инструментами и материалами; помогают спроектировать инструмент, который обеспечит точное производство деталей с минимальным количеством брака; автоматизирует и ускоряет процесс проектирования инструмента; позволяет оценить риски, связанные с процессом штамповки, и принять меры по их снижению.
Технологии и машины обработки давлением
Компьютерное моделирование штамповки является современным инструментом, который позволяет оптимизировать процесс штамповки, повысить качество продукции и снизить затраты [8-10]. Поэтому в данной работе проводится компьютерное моделирование получения детали кольцевой формы с поперечным выступом (см. рис.).
Кольцевая деталь е разрезе
Одним из факторов, который влияет на процесс штамповки является трение, поэтому далее рассматривается трение как фактор, определяющий многие характеристики процессов (повреждаемость, сила формоизменения, интенсивность деформаций и пр.), эти данные приведены в таблице.
Полученные характеристики штамповки кольцевой заготовки
Характеристика графит + вода фосфаты + мыло
Повреждаемость 0,55 0,35
Сила, кН 1750 1600
Интенсивность деформации 2,2 2,1
Таким образом установлено, что изменение смазки, а, как следствие, снижение коэффициента трения позволяют снизить повреждаемость на 30%, силу на 10% и интенсивность деформаций на 5%. В итоге трение является одним из важнейших факторов, влияющих на процессы штамповки металлических изделий. Учет влияния этого фактора при проектировании процесса позволяет получать высококачественные изделия с минимальными энергозатратами.
Список литературы
1. Коротков В. А., Романов П. В., Платонов В. И. Определение режима изотермической штамовки на основе технологических испытаний образцов из труднодеформируемых материалов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2018. Вып. 1. С. 202-209. EDN YVPRVD.
2. Кузьмин В. В. Математическое моделирование технологических процессов сборки и механической обработки изделий машиностроения: учебник для вузов / В. В. Кузьмин [и др.]. Москва: Высшая школа, 2008. 279 с.
3. Corrugation of the Inner Surface of a Cylindrical Shell by Local Plastic Deformation / V. D. Kukhar', V. A. Korotkov, S. S. Yakovlev, A. A. Shishkina // Russian Engineering Research. 2023. Vol. 43, No. 3. P. 278-280. EDN QQLLAL.
4. Математическое моделирование технологических процессов и метод обратных задач в машиностроении / Тихонов А.Н. и др. М.: Машиностроение, 1990. 264 с.
5. Филонов И.П. Инновации в технологии машиностроения: Учебное пособие / И.П. Филонов, И.Л. Баршай. Минск: Вышэйшая школа, 2009. 110 с.
6. QForm 2D/3D Программа для моделирования процессов обработки металлов давлением Версия VX. Часть 2. Руководство пользователя. «КванторФорм», 2018. 431 с.
7. Кондаков Д.И. Оценка силовых характеристик процесса прошивки компьютерным моделированием // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2023. Вып. 3. С. 128-130. EDN: SJIGZS.
8. Вобликов Г. А. Оценка предельной степени утонения при отбортовке // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2023. Вып. 2. С. 620-623. EDN: FZJJVB.
9. Ершов А. А., Котов В. В., Логинов Ю. Н. Возможности QFORM-EXTRUSION на примере прессования сложных профилей // Металлург. 2011. № 10. С. 32-37.
10. Биба Н. В. Новая версия программы моделирования трехмерной объемной штамповки QFORM // Главный механик. 2009. № 2. С. 18-21. EDN: RMWRUB.
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
MODELING THE PROCESS OF STAMPING A RING PRODUCT I.K. Tseplyaev
This article examines the role of computer modeling of stamping of metal products in modern production. Various types of models are described, such as finite element modeling, boundary element modeling, and discrete element modeling. A
241
review ofpopular software systems for computer modeling of stamping is provided. This paper highlights the importance of considering friction as a factor influencing stamping processes and suggests the use of different lubricants to optimize the process. The results of computer simulation of stamping a ring blank with various types of lubricant are presented, changes in damage, strength and intensity of deformation with a decrease in the friction coefficient are indicated. In addition, the article emphasizes that computer simulation of metal stamping is an effective tool for optimizing the production process, improving product quality and reducing costs. Analysis of simulation results allows you to make informed decisions on choosing optimal parameters for the stamping process and reducing risks.
Key words: ring part with thickening, computer modeling, metal forming, advantages, strain intensity, strength.
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
УДК.621.7
DOI: 10.24412/2071-6168-2024-3-242-243
РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ FDM-МАТРИЦ ДЛЯ ВЫТЯЖКИ ЭЛЛИПТИЧЕСКИХ ДНИЩ
М.А. Сережкин, В.Ю. Лавриненко, Н.А. Балахонцева, Е.А. Тихонова
В статье предложены варианты конструкции вытяжных матриц, изготовленных методом FDM - печати, предназначенных для изготовления эллиптических днищ большого диаметра вытяжкой. Проведен расчет эквивалентных напряжений и деформаций FDM - матриц в CAE системе, позволивший рекомендовать наиболее целесообразную конструкцию вытяжной составной матрицы с соединением «ласточкин хвост».
Ключевые слова: листовая штамповка, FDM - инструмент для вытяжки, эллиптические днища
В настоящее время применение листовой штамповки наиболее целесообразно для изготовления различных деталей в условиях массового и крупносерийного производства с применением рабочего инструмента, изготовленного из штамповых сталей с последующей химико-термической обработкой («жесткие» штампы). При этом применение листовой штамповки с использованием «жестких» штампов в условиях опытного или единичного производства ограничено в связи с высокими затратами на инструмент.
Устранить данные недостатки возможно, например, при использовании рабочего инструмента из термопласта, изготовленного методом FDM (fused deposition modeling) - послойным наплавлением термопласта [1, 2].
Основной проблемой использования данной технологии для изготовления инструмента является сложность оценки прочности FDM -инструмента, а также определение допустимой силы деформирования, от величины которой зависят границы применения инструмента в холодной листовой штамповке [2].
D - печать методом послойного наплавления (FDM - печать) представляет собой процесс аддитивного производства, при котором происходит послойное нанесение расплавленного материала - термопластичных полимеров в форме нитей.
FDM - печать является наиболее экономичным способом производства нестандартных термопластичных деталей и прототипов.
Вместе с тем, FDM - печать имеет самую низкую размерную точность и разрешение по сравнению с другими технологиями 3D-печати, поэтому она не подходит для моделей со сложной геометрией и мелкими деталями. Конечный продукт будет иметь видимые линии слоев, поэтому зачастую требуется последующая механическая обработка.
Деформация детали является одним из наиболее распространенных дефектов в процессе FDM печати. У некоторых видов пластика во время охлаждения после экструзии, происходит усадка. Поскольку разные участки охлаждаются с разной скоростью, их размеры также могут меняться с разной скоростью. Дифференциальное охлаждение вызывает накопление внутренних напряжений, которые вытягивают слой, тот, что снизу - наверх [3].
Рис. 1. Резервуар алюминиевый РА-2
Работы по оценке возможности применения альтернативных материалов для изготовления инструмента холодной листовой штамповки проводятся в настоящее время в России, Германии, Японии, США и других странах [1 -9]. Отмечается, что применение инструмента, изготовленного методом FDM - печати, обеспечивает значительное снижение стоимости и времени изготовления при небольшом количестве производимых деталей. При этом достижение
