CC BY
10
Pasynkov Andrey Alexandrovich, candidate of military sciences, docent, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Bessmertnaya Yulia Vyacheslavovna, candidate of military sciences, docent, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.983
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-5-306-310
НАПРЯЖЕННОЕ И ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРИ ПОЛУЧЕНИИ
ДЕТАЛЕЙ СО СЛОЖНОЙ ФОРМОЙ
А.В. Алексеев
Работа посвящена изучению получения детали со сложной конфигурацией с помощью обработки металлов давлением. Проводится анализ изготовления комбинированным выдавливанием изотропной детали из стали, имеющей различные по форме и расположению выступы и внутреннюю полость со стенками. Проводится исследование влияния трения на процесс получения детали, при этом отличительной особенностью является различные сил трения на местах контакта заготовки с инструментами, пуансоном и матрицей. Анализируются интенсивности напряжений, средние напряжения, интенсивности деформаций и другие параметры процесса комбинированного холодного выдавливания. Приводятся схемы распределения показателей напряженного и деформированного состояния в получаемом полуфабрикате после операции обработки металла давлением. Численно оцениваются эти характеристики. Делаются выводы о влиянии силы трения на характер распределения и численные значения средних напряжений, интенсивности напряжений, интенсивности деформаций и на вероятность образования поверхностных дефектов, которые могут возникать при штамповке, в том числе и при холодной объемной штамповке в открытом штампе.
Ключевые слова: деформации, комбинированное выдавливание, напряжения, штамповка, средние напряжения.
Обработка металлов давлением включает в себя целый комплекс разнообразных технологических процессов [1-5], основными задачами которых является получение изделия из цветных или черных металлов методами пластического формоизменения при воздействии на материал давления, вызванного жестким инструментом или различными по природе средами, например, магнитным полем, газом, жидкостью, эластичной средой и т.п. Одним из процессов ОМД является комбинированное выдавливание, которое представляет собой одновременное течение материала в разных направлениях (прямом, обратном, боковом).
Такой технологией возможно изготовление большого ряда изделий, в том числе и деталей со сложной конфигурацией, имеющей выступы, полости, стенки и пр. В настоящей работе будет рассмотрено получение такого изделия с помощью одновременно обратного, прямого и бокового выдавливания в открытом штампе «на холодную». При этом важной частью процесса выдавливая является трение, которое может играть большую роль на получение изделия [6-10]. Поэтому в данной работе проводится исследование напряженного и деформированного состояния при выдавливании. Анализ проводится на основе компьютерного моделирования этого процесса в программе QForm.
Заготовка из стали 15 на холодную деформируется пуансоном в разборной матрице. Трение учитывалось по модели Кулона и составляло 0,1 и 0,3, что необходимо для оценки влияния этого фактора. Были получены распределения средних напряжений в полуфабрикате (рис. 1).
■
- о
б
Рис. 1. Средние напряжения
Анализ средних напряжений показал, что трение не влияет на характер их распределения, но влияет на их величину. Так при изменении трения Кулона с 0,1 до 0,3 максимальные растягивающие напряжения увеличивается на 20%, а сжимающие на 25%. Далее был проведен анализ интенсивности напряжений (рис. 2).
г 210
- 7!
- 45
- 30
аб Рис. 2. Интенсивность напряжений
Было установлено, что с увеличением трения в образованной выдавливанием верхней стенке происходит увеличение напряжений примерно до 100 МПа, при этом в случае меньшего трения в стенке практически не наблюдается напряжений. Максимальная же величина этого параметра в обоих случаях достигает 210 МПа и наблюдается в зонах образующихся выступов и стенки.
Далее было проведено исследование интенсивности деформаций (рис. 3)
а
Рис. 3. Интенсивность деформаций
Исследование показало, что при большем трении возникают большие интенсивности деформаций, а именно разница составила примерно 30%. Наибольшие деформации наблюдаются в зоне формируемой стенки.
Аналогичным образом были получены поля возможных дефектов (рис. 4).
0.65
0.20
0.10
0.35
б
Рис. 4. Поля ОаН/ЪеМ
Анализ полей Гартфилда показал, что при большем трении происходит увеличение вероятности образования дефектов, а также увеличивается площадь этого поля. Однако значение этого параметра не столь высоко и говорит о том, что вероятность де-фектообразования низкая.
Таким образом, было установлено, что увеличение трения негативно сказывается на напряженно-деформированном состоянии в детали. И необходимо снизать эту величину для улучшения условий штамповки. Однако исходя из анализа напряженного и деформированного состояния возможно проведение формоизменения при любом из рассмотренных величин трения с получением необходимой детали по форме и размерам.
Список литературы
1. Филиппов Ю. К., Шпунькин Н. Ф., Типалин С. А. Проектирование технологий изготовления художественных деталей на примере изделия "подстаканник" // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2018. Вып. 8. С. 284-294.
а
2. Яковлев С.С. Новый энергоэффективный способы рифления // Проблемы развития предприятий: теория и практика : Сборник статей IX Международной научно-практической конференции. Пенза / Под научной редакцией В.И. Будиной. Пенза: Пензенский государственный аграрный университет, 2022. С. 195-198.
3. Грибачев Я.В. Прокатное оборудование для резки металлов // Всероссийская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Современные технологии обработки металлов и средства их автоматизации» (12 октября 2021 г.): сборник тезисов. Тула: Изд-во ТулГУ, 2021. С. 16.
4. Крутиков П.В., Поцелуев К.О., Тесаков Д.М. Особенности изменения силовых параметров процесса стесненного прямого выдавливания // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2018. Вып. 4. С. 26-32.
5. Яковлев С.С. Способ получения сетки рифлей на внутренней поверхности заготовки // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2019. № 7. С. 182-186.
6. Алексеев А.В. Повреждаемость материала при холодной объемной открытой штамповке // Инициативы молодых - науке и производству: сборник статей II Всероссийской научно-практической конференции для молодых ученых и студентов. Пенза: РИО ПГАУ, 2021. С. 10-11.
7. Юрков И. В. Исследование полуфабриката и инструмента при выдавливании втулки // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. № 10. С. 440-442.
8. Яковлев С.С., Чижов И.А., Архипцев А.С. Влияние числа клиновых спиральных выступов матрицы на неоднородность поля напряжений и деформаций при вытяжке с локальным утонением // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2018. № 12. С. 256-259.
9. Bogdanov S.B., Alekseev A.V., Gribachev Y.V. Comprehensive assessment of the production of a pipe billet with a flange by forging at various temperature conditions. 2021 J. Phys.: Conf. Ser. 2094 042060.
10. Грибачев Я.В. Влияние трения на деформированное состояние при штамповке // Инновации технических решений в машиностроении и транспорте: сборник статей VIII Всероссийской научно- технической конференции для молодых ученых и студентов с международным участием / Министерство науки и высшего образования РФ, Пензенский государственный университет [и др.]; под ред. Салмина В.В. Пенза: Пензен. гос. аграр. ун-т, 2022. С. 57-60.
Алексеев Александр Владимирович, магистрант, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
STRESS AND DEFORMATION STATE IN OBTAINING COMPLEX SHAPED PARTS
A.V. Alekseev
The work is devoted to the study of obtaining a part with a complex configuration using metal forming. An analysis is made of the manufacture by combined extrusion of an isotropic steel part of a steel having protrusions of various shapes and locations and an internal cavity with walls. A study is being made of the effect of friction on the process of obtaining a part, with a distinctive feature being different friction forces at the points of contact of the workpiece with tools, a punch and a matrix. Stress intensities, average stresses, strain intensities and other parameters of the combined cold extrusion process are analyzed. Schemes of distribution of stress and strain state indicators in the resulting semi-finished product after metal forming operation are given. These characteristics are estimated numerically. Conclusions are drawn about the influence of the friction force on the nature of the distribution and
numerical values of average stresses, stress intensity, strain intensity and on the probability of formation of surface defects that can occur during stamping, including cold forging in an open die.
Key words: deformations, combined extrusion, stresses, punching, medium stresses.
Alekseev Aleksandr Vladimirovich, undergraduate, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.73.01
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-5-310-313
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТРЕНИЯ НА НАПРЯЖЕННОЕ И ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ ОТБОРТОВКИ
Г.А. Вобликов
На основе проведенной серии компьютерных моделирований проводится исследование процесса отбортовки листовой заготовки с одновременной реализацией утонения отбортуемого материала. Приводятся результаты моделирования и исследуются технологическая сила, деформации, интенсивности напряжений, средние напряжения при отбортовке. Приводятся наибольшие величины этих показателей для всех проведенных исследований, особенностью которых является комбинирование процессов отбортовки и утонения. Выявляется закономерность влияния коэффициента трения на некоторые параметры процесса при фиксированной величине утонения. Приводятся кривые графика технологической силы в зависимости от перемещения пуансона при разных коэффициентах трения Кулона. Делаются выводы о том, как влияет коэффициент трения Кулона на напряженно-деформированное состояние: интенсивность деформаций, интенсивность напряжений, величину растягивающих напряжений, а также на технологическую силу, требуемую для осуществления процесса комбинированной отбортовки с утонением материала. Даются рекомендации о том, какую смазку лучше использовать для реализации настоящего процесса отбортовки с утонением.
Ключевые слова: деформации, напряжения, технология, отбортовка, сила, средние напряжения.
Существует большое число методов и устройств, с помощью которых возможна обработка металлов давлением [1-4]. В том числе существует такая операция как от-бортовка, которой получается деталь из листового материала с бортом, который может находиться на внешнем или на внутреннем контуре, как правило, круглой заготовки. Эта операция получила широкое распространение, в том числе возможно применение ее комбинированной версии, которая сопровождается утонением материала получаемого борта. Утонение имеет определённый предел, который зависит также и от величины трения, также трение оказывает значительный эффект на напряженное и деформированное состояние в материале, а помимо этого, и на силовые режимы формообразования [5].
В связи с этим настоящая работа посвящена изучения того, как влияет трение на величины некоторых параметров процесса: интенсивность деформаций и напряжений, технологическую силу и величину растягивающих напряжений (см. табл.).
310
