CC BY
5
ТЕХНОЛОГИИ И МАШИНЫ ОБРАБОТКИ ДАВЛЕНИЕМ
УДК 621.7.043
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-2-602-604
ОЦЕНКА НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ПРИ ПОЛУЧЕНИИ ОБОЛОЧЕК С НАРУЖНЫМИ РЕБРАМИ
В.Д. Кухарь, С.С. Яковлев
Методами обработки металлов давлением возможно изготовление оболочек со сложным профилем поперечного сечения, например, деталей с внешними ребрами. Такие ребра могут использоваться для увеличения жесткости деталей, увеличения теплообмена. Существует несколько методов получения оболочек с ребрами, которые в основном базируются на обработке металлов резанием и литье. В данной работе рассматривается новый способ получения изделий с внешними ребрами за счет применения вытяжки с переменной степенью утонения. Проводится компьютерное моделирование процесса получения оребренных деталей в специализированном программном комплексе. Проводится оценка напряженного и деформированного состояния. Приводятся схемы распределений интенсивности напряжений, интенсивности деформаций и средних напряжений в теле изделия, также в статье представлены изображения получаемой детали с помощью исследуемой операции. Делаются выводы о том, как распределены средние напряжения, интенсивность напряжений, интенсивность деформаций в металле в процессе получения требуемой формы изделия.
Ключевые слова: ребра, напряжения, деформации, моделирование, метод, деформирование, ребра жесткости.
За счет процессов пластического формоизменения возможно получения большого разнообразия деталей, отличающихся по форме и размерам. Причем возможно получение как относительно простых деталей, так и сложнопрофильных [1-4] только за счет применения операций обработки металлов давлением. В частности, возможно изготовление оболочек со сложным профилем поперечного сечения, например, деталей с внешними ребрами (рис. 1). Такие ребра могут использоваться для увеличения жесткости деталей, увеличения теплообмена. И в настоящее время подобные изделия получают методами точного литья или обработки резанием, однако их применение связано с низкой производительностью, высокой трудоемкостью. Поэтому актуальной задачей является разработка методов получения таких сложнопрофильных деталей методами пластического формоизменения, которые отличаются высокой энергоэффективностью и скоростью производства деталей.
Для получения необходимого результата был разработан метод вытяжки с уточнением, в специальной фасонной матрице, в результате чего получаются упомянутые выше детали. Предварительные компьютерные моделирования показали возможность применения способа для поставленной задачи [5]. Дальнейшие исследования были направлены на исследования напряженного и деформированного состояния в детали с помощью компьютерного моделирования. Таким образом были проведены исследования нанесения 12 спиральных рёбер высотой 1.5 мм на поверхности цилиндрической оболочки в программном комплексе QForm [6-10]. При этом изначальная толщина материала составляет 3 мм и после формоизменения толщина стенки изменяется от 1,5 до 3 мм.
Основными исследуемыми параметрами является средние напряжения (рис. 2, а), интенсивности напряжений (рис. 2, б) и интенсивности деформаций (рис. 2, в).
В сечении, в котором происходит формоизменение наблюдаются растягивающие и сжимающие напряжения. В местах формируемых ребер растягивающие напряжения составляю 300 МПа, при этом в местах впадин внешней поверхности оболочки напряжения ниже и варьируются от -300 МПа до 100 МПа. Так на внешней поверхности наблюдаются сжимающие напряжения, а на внутренней - растягивающие.
Исследование интенсивностей напряжений показало, что наибольшая их величина достигается на внутренней поверхности оболочки и в местах выступов, то есть формируемых ребер. При этом во всем сечении напряжения изменяются от 545 МПа до 635 МПа.
602
Технологии и машины обработки давлением
Рис. 1. Получаемая деталь после операции
Рис. 2. Средние напряжения (а), интенсивности напряжений (б) и интенсивности деформаций (в)
в момент формирования ребер
При оценке интенсивностей деформаций установлено, что в месте формирования ребер деформаций не наблюдается, при этом в зоне впадин деформации достигают величины 0,95.
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 22-29-20212, https://rscf.ru/project/22-29-20212/, и Правительства Тульской области.
Список литературы
б
а
в
1. Конский А.П., Анисимова Т.И. Анализ движений при ротационной вытяжке оболочковых изделий // Ресурсосберегающие технологии производства и обработки давлением материалов в машиностроении. 2021. № 2(35). С. 108-113.
2. Пасынков А.А., Чекмазов Н.М., Матченко Н.М. Прямое выдавливание трубной заготовки в матрицу с плоской рабочей поверхностью // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. Вып. 9. С. 343-347.
3. Ершов А. А., Котов В. В., Логинов Ю. Н. Возможности QFORM-EXTRUSЮN на примере прессования сложных профилей, 2011. № 10. С. 32-38.
4. Оптимизация процесса сверхпластической формовки трехслойных полых конструкций / А.Р. Сафиуллин, Р.В. Сафиуллин, Ф.Ф. Сафин [и др.] // Перспективные материалы. 2013. № S15. С. 114-118.
5. Ларин С.Н., Яковлев С.С., Хрычев И.С. Получение изделий с наружными ребрами пластическим деформированием // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2023. Вып. 1. С. 534-537.
Известия ТулГУ. Технические науки. 2023. Вып. 2
6. Завражнова А.Н., Леняшин В.Б. Моделирование по стадиям процесса горячей открытой штамповки осесимметричной поковки в программе QFORM // Вестник Московского государственного университета приборостроения и информатики. Серия: Машиностроение. 2009. № 27. С. 65-73.
7. Матыкова Е.А. Моделирование технологического процесса штамповки поковки "коленчатый вал" в программном комплексе QForm 3D // Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2008. № 7. С. 5.
8. 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.
9. Прогноз структурного состояния и свойств прессованных алюминиевых полуфабрикатов с использованием САПР-системы QForm / А. Э. Габидуллин, А. В. Овчинников, В. П. Алпатов, Т. А. Чер-ноглазова // Известия высших учебных заведений. Цветная металлургия. 2009. № 3. С. 52-55.
10. Кухарь В.Д., Коротков В.А., Яковлев С.С. Получение рифлей по способу их изготовления на внутренней поверхности цилиндрической оболочки // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2022. № 11(137). С. 3-7.
Кухарь Владимир Денисович, д-р техн. наук, профессор, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Яковлев Сергей Сергеевич, аспирант, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
EVAL UATION OF THE STRESS-STRAIN STATE IN PRODUCING SHELLS WITH EXTERNAL RIBS
V.D. Kukhar, S.S. Yakovlev
Metal forming methods make it possible to manufacture shells with a complex cross-sectional profile, for example, parts with external ribs. Such ribs can be used to increase the rigidity of parts, increase heat transfer. There are several methods for obtaining shells with ribs, which are mainly based on metal cutting and casting. In this paper, we consider a new method for obtaining products with external ribs through the use of drawing with a variable degree of thinning. Computer simulation of the process of obtaining ribbed parts in a specialized software package is being carried out. An assessment of the stressed and deformed state is carried out. Schemes of distributions of stress intensity, strain intensity and average stresses in the body of the product are given, and the article also presents images of the part obtained using the operation under study. Conclusions are drawn about how average stresses, stress intensity, and strain intensity in the metal are distributed in the process of obtaining the required product shape.
Key words: ribs, stresses, deformations, modeling, method, deformation, stiffeners.
Kukhar Vladimir Denisovich, doctor of technical sciences, professor, [email protected], Russia, Tula, Tula State University,
Yakovlev Sergey Sergeevich, postgraduate, [email protected], Russia, Tula, Tula State
University
УДК 621.7.07
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-2-604-609
ГИБКА ЛИСТОВОГО МЕТАЛЛА В ПОЛИМЕРНОЙ МАТРИЦЕ
С.А. Типалин, Б.Ю. Сапрыкин, Ю.Г. Калпин, С.А. Копылов
Проведено исследование возможности формоизменения листового материала различной толщины с помощью металлического пуансона и полимерной матрицы, напечатанной на 3Б- принтере. Получены результаты, показывающие возможность получения изделия готового изделия из углеродистой стали толщиной до 3 мм. Изгиб можно осуществлять с использованием операции правки, что бы исключить пружинение материала после снятия нагрузки.
Ключевые слова: гибка листа, пластмассовый штамп, печать инструмента, АБС-пластик, ЕБЫ-технология, пружинение.
Листовая штамповка в современном производстве является одним из самых распространенных и высокоскоростных операций в машиностроительном производстве. Точность получения тонколистовых деталей стабильных размеров делает данный вид обработки очень востребованным. Одним из существенных недостатков изготовления деталей подобным способом является высокая себестоимость
604
