CC BY
1
УДК 621.73.01
DOI: 10.24412/2071-6168-2024-1-645-646
НАПРЯЖЕННОЕ И ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРИ КОМБИНИРОВАНИИ ОПЕРАЦИЙ ВЫТЯЖКИ И ОТБОРТОВКИ
Ю.С. Галкин, Д.И. Кондаков
Статья подробно раскрывает важность компьютерного моделирования процесса штамповки и его влияние на качество и надежность производимых изделий. Процесс штамповки представляет собой сложный процесс обработки металла, который требует комплексного исследования различных параметров и характеристик для достижения оптимальных результатов. В статье рассматриваются основные этапы компьютерного моделирования штамповки, включая создание цифровой трехмерной геометрии штамповой оснастки и заготовки, выбор и настройку материальной модели, задание граничных и начальных условий, а также решение систем уравнений с помощью метода конечных элементов. Проведение компьютерных моделирований позволяет анализировать напряжения, деформации и вероятность образования дефектов при штамповке, что важно для оптимизации технологического процесса и повышения эффективности производства. В результате исследования установлено, что использование комбинированной вытяжки-отбортовки с утонением стенки позволяет получить необходимое изделие с низкой вероятностью образования дефектов.
Ключевые слова: напряженно-деформированное состояние, компьютерное моделирование, вытяжка с утонением, обработка металлов давлением, дефектообра-зование, вытяжка-отбортовка.
Штамповка является одним из основных методов обработки металла, который широко используется в промышленности для производства различных металлических изделий [1-2]. Такие детали могут быть разной номенклатуры, от простых листовых до сложнопрофильных объемных, однако получение любых деталей требует комплексного исследования, которое будет включать исследования различных характеристик и параметров, как самого процесса, так и изделия. Например, необходимо оценивать качество изделия и напряженное и деформированное состояние, это возможно с помощью компьютерного моделирования [3-6].
Проведение компьютерных моделирований штамповки для анализа напряжений и деформаций является необходимым этапом в процессе производства изделий. Это позволяет сократить затраты, повысить качество и надежность продукции, а также оптимизировать технологический процесс. На рынке представлено множество программных пакетов для моделирования штамповки, включая такие, как AutoForm, LS-DYNA, ABAQUS, Ansys и другие. Эти программы обладают расширенными возможностями для анализа сложных процессов обработки металлов и могут учитывать такие факторы, как трение, износ инструментов, упрочнение материалов и многие другое. Однако на данный момент наиболее распространенными программами для пластического формоизменения являются DeForm и QForm [7-8]. В последней из приведенных программ и было реализовано исследование комбинированной вытяжки-отбортовки, при этом также происходит утонение стенки на 10%.
В целом процесс компьютерного моделирования включает в себя несколько основных этапов:
- Создание цифровой трехмерной геометрии штамповой оснастки и заготовки.
- Выбор и настройка материальной модели, описывающей поведение штампуемого материала при деформации.
- Задание граничных и начальных условий.
- Решение систем уравнений с помощью метода конечных элементов (МКЭ).
- Обработка и анализ результатов.
Так была определена форма детали при штамповке с помощью совмещения операций вытяжки и отбортовки (рис. 1). В данном случае заготовкой выступил плоский листовой диск из алюминиевого сплава АД0 с центральным сквозным отверстием.
Рис. 1. Деталь в разрезе
Изображенная деталь соответствует форме и размерам необходимого изделия. Но так как процесс является весьма сложным, и получаемая деталь имеет сложную форму поперечного сечения требуется дальнейшее исследование других параметров. Далее было проведено исследование вероятности образования поверхностных дефектов, т.е. полей Gartfield [9] (рис. 2).
Рис. 2. Вероятность образования дефектов
Анализ вероятности получения дефектов при данном виде штамповки показал, что вероятность поверхностных дефектов в основных частях конструкции не превышает 0,1, при этом в краевой части полуфабриката вероятность дефектов выше и достигает 0,6. Однако краевой участок детали требует обрезки, поэтому повышенная вероятность дефектообразования в данной области не влияет на качество получаемого изделия. Другими важными характеристиками процесса являются средние напряжения (рис. 3) и интенсивности деформаций (рис. 4).
140 120 100 30 № АО 20 О
-а -щ
-60 -so
-ICO -i» -НО
Рис. 3. Средние напряжения
В связи с тем, что происходит еще и одновременное утонение стенки, наблюдаются сжимающие напряжения до -80 МПа, в зоне же изгиба присутствуют растягивающие напряжения, достигающие 140 МПа.
- 1.06.
- 1 .DO
- ftM.
- 4.90
- ftK
- о.во
- ел
- ft*)
- ли
- ftW
- ftSi
- »50
- ft« - ft«
- ftB
- ftao
- ftU
- ftifl - ftli
- ftIO
- Ш
Рис. 4. Интенсивность деформаций
Анализ показал, что в наружной стенке имеются наибольшие деформации, которые в некоторых зонах достигают 1,05, при этом во внутренней части изгибающейся стенки деформации отсутствуют.
Таким образом было проведено компьютерное моделирование, которое дало представление о форме изделия, качестве поверхности и напряженно-деформированном состоянии. В итоге было установлено, что вытяжка в комбинации с отбортовкой и утонением позволяет получить необходимое изделие с низкой вероятностью образования дефектов.
Список литературы
1. Семёнов, Е. И. Технология и оборудование ковки и объемной штамповки / Е. И. Семёнов, В. Г. Кондратенко, Н. И. Ляпунов. М.: Машиностроение, 1978. 311 с.
2. Проектирование технологических процессов механической обработки в машиностроении: Учеб. пособие / В. В. Бабук, В. А. Шкред, Г. П. Кривко, Л. И. Медведев; Под. ред. В. В. Бабука. Высш. шк., 1987, с. 255.
3. Gerasimov D., Gartvig A. Parallel computing of metal forming simulation in QForm software // Computer Methods in Materials Science. 2016. Vol. 16, No. 3. P. 139-142. EDN XODKQI.
4. Пугаев П. В. Напряженное и деформированное состояние при поперечном выдавливании втулки // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2023. Вып. 5. С. 403-406. EDN USRRHW.
5. Грибачев Я. В. Оценка качества изделия при комбинированном выдавливании латунной заготовки // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. Вып. 10. С. 361-364. EDN WAGNLS.
6. Аникеева Ю. С. Анализ напряжений и деформаций при получении цилиндрических деталей с фланцевой частью // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2023. Вып. 5. С. 410-412. EDN ECGOFN.
7. Zinger A. A., Zhakupov A. N., Bogomolov A. V. Predicting steel mechanical properties using computer modeling in Deform 3D // Science and Technology of Kazakhstan. 2022. No. 1. P. 71-80. EDN JASBSB.
8. Биба Н. В. Новая версия программы моделирования трехмерной объемной штамповки QFORM // Главный механик. 2009. № 2. С. 18-21. EDN RMWRUB.
9. Пасынков А. А., Яковлев С. С., Гасанов А. И. Исследование повреждаемости и полей Гартфилда в стальном полуфабрикате при рифлении внутренней поверхности // Черные металлы. 2022. № 10. С. 83-86. EDN FFMEYW.
Галкин Юрий Сергеевич, аспирант, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Кондаков Данила Иванович, магистрант, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
STRESS AND STRAIN STATE WHEN COMBINING DRAWING AND FLAMING
OPERATIONS
Y.S. Galkin, D.I. Kondakov
The article reveals in detail the importance of computer modeling of the stamping process and its impact on the quality and reliability of manufactured products. The stamping process is a complex metal processing process that requires comprehensive study of various parameters and characteristics to achieve optimal results. The article discusses the main stages of computer modeling of stamping, including the creation of digital three-dimensional geometry of die equipment and workpieces, selection and adjustment of a material model, setting boundary and initial conditions, and solving systems of equations using the finite element method. Carrying out computer simulations allows you to analyze stresses, deformations and the likelihood of defects during stamping, which is important for optimizing the technological process and increasing production efficiency. As a result of the study, it was established that the use of a combined stretching-flanging with wall thinning makes it possible to obtain the required product with a low probability of defect formation.
Key words: stress-strain state, computer modeling, drawing with thinning, metal forming, defect formation, drawing-flanging.
Galkin Yuri Sergeevich, graduate student, dock13@,mail.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Kondakov Danila Ivanovich, student, [email protected], Russia, Tula, Tula State University
