CC BY
5
Berezina Ksenia Alekseevna, undergraduate, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.73.01
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-4-471-475
оценка повреждаемости и вероятности образования дефектов в головке болтового соединения при его штамповке
А.И. Гасанов
В машиностроении и других отраслях часто применяются соединительно-крепежные изделия, причем есть необходимость в изготовлении таких элементов, чтобы существовала трудность в их откручивании, например, для избежания несанкционированного ремонта или случайного разрыва соединения. В таком случае необходимо изготовление болтового соединения с нестандартной головкой. Причем изготовление методом штамповки таких изделий возможно как при горячих, так и при холодных температурах формоизменения. Поэтому в работе исследуется возможность получения заданной геометрии головки с помощью объемной штамповки в один переход при разных температурах. Проводится компьютерное моделирование процесса штамповки в программе QForm. Исследуются некоторые параметры процесса, в том числе вероятность образования поверхностных дефектов и повреждаемость материала. Приводятся схемы распределения по заготовке исследуемых параметров. Анализируются места с концентрацией наибольшей повреждаемости и вероятности дефектов, а также их наибольшие величины. Делаются выводы о возможности использования данной технологии для изготовления такой конфигурации головки болтового соединения.
Ключевые слова: повреждаемость, дефект, головка, деформация, штамповка, формоизменение, температура.
Штамповка является одним из видов заготовительного производства, с помощью которой изготавливаются, в частности, и соединительные элементы, такие как болты, винты, шпонки т.п. Также штамповкой решается вопрос об изготовлении соединительных элементов с нестандартной головкой, так как именно обработкой металлов давлением изготавливаются подобные изделия. Элементы с необычной головкой применяются в ряде случаев [1] и относятся к специальным деталям, которые не применяются на всех оборудованиях и не являются универсальными.
Изготовление таких головок является сложной технологической задачей, которую необходимо проанализировать прежде, чем подвергать производству. При этом головки могут штамповаться при нескольких режимах: горячая штамповка и холодная. Поэтому в данной работе будет проведено исследование возможности получения головки определенной конфигурации при разной температуре за один переход в закрытом штампе. Анализ будет проводиться с точки зрения исследования вероятности образования дефектов на внешней поверхности головки, а также повреждаемости материала в процессе его деформирования и формоизменения [2-5]. Такой анализ возможен за счет применения метода математического (компьютерного) моделирования в особых программах конечно-элементного анализа, например, QFORM [6-10], которая и была выбрана для проведения настоящей работы.
В программе было запущено моделирование штамповки (холодной и горячей) головки элемента соединительного и были получены поля вероятностного образования дефектов на наружной поверхности сформированной детали (рис. 1), именуемые как «поля Gartfield».
б
Рис. 1. Поля ОаН/ЪеМ при температуре 20°С (а) и 1100°С (б)
Согласно полученным данным о полях вероятностных дефектов было установлено, что величина полей Gartfield достигает практически единицы, это говорит о том, что вероятность дефекта большая. Причем поля распределены в выступах сформированной головки, а также на горизонтальной поверхности полученной детали. Причем в самом тонком выступе поле достигает именно единицы, в остальных выступах меняется от 0,3 до 0,5. Таким образом дефект скорее всего будет образован в выступе с наименьшей толщиной поперечного сечения.
Далее был проведен анализ повреждаемости по критерию Кокрофта-Латэма
(рис. 2).
При обеих температурах наблюдается достижение параметра повреждаемости единицы, что свидетельствует о разрушении материала в зонах, в которых наблюдается высокое значение повреждаемости. В данном случае в местах образования горизонтальной поверхности повреждаемости как раз достигает единицы. В остальных же зонах этот параметр не превосходит 0,5.
Таким образом было установлено, что:
1. Высока вероятность получения детали с внешними дефектами согласно значениям полей Gartfield.
2. Повреждаемость по критерию разрушения Кокрофт-Латам достигает единицы в некоторых участках, что свидетельствует о разрушении материала в таких областях
3. Моделирование показало, что изготовление такой детали ни при горячей, ни при холодной штамповке за один переход невозможно, что связано с разрушением материала и возможными дефектами.
б
Рис. 2. Повреждаемость при температуре 20°С (а) и 1100°С (б)
Поэтому однопереходная штамповка такого изделия невозможна и следует изменить технологический процесс и соответственно характер течения материала при формоизменении.
Список литературы
1. Гасанов А.И. Получение нестандартных головок соединительных элементов пластическим деформированием // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. № 2. С. 21-24.
2. Крутиков П.В., Самсонов Н.А. Разработка технологии выдавливания роликов из нескольких прутковых заготовок // XLV Гагаринские чтения: Сборник трудов Международной молодежной научной конференции. Секция "Механика и моделирование материалов и технологий". М.: Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук, 2019. С. 99.
3. Яковлев С.С. Влияние фактора трения на технологическую силу при открытой штамповке // Инициативы молодых - науке и производству: Сборник статей II Всероссийской научно-практической конференции для молодых ученых и студентов. Пенза: Пензенский государственный аграрный университет, 2021. С. 212-213.
4. Грязев М.В., Ларин С.Н., Исаева А.Н. Исследование влияния анизотропии материала на повреждаемость материала при вытяжке с фланцем через радиальную матрицу // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2018. Вып. 4. С. 3-8.
5. Кухарь В.Д., Киреева А.Е., Пасько А.Н. Теоретические и экспериментальные исследования получения поковки детали "корпус" выдавливанием из стальных заготовок // Черные металлы. 2018. № 6. С. 16-19.
6. Яковлев С.С. Анализ процесса рифления трубных заготовок пластическим деформированием // Фундаментальные и прикладные научные исследования: актуальные вопросы, достижения и инновации: сборник статей LIV Международной научно-практической конференции. Пенза: Наука и Просвещение, 2022. С. 45-47.
7. Кузьмина О.Ю., Мальцева Н.С. Изотермическое деформирование плит из титановых сплавов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып. 9. С. 461-464.
8. Пасынков А.А., Мальцева Н.С. Анализ изотермического обжима трубных заготовок с локальным нагревом // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып. 9. С. 457-461.
9. Яковлев С.С. Анализ получения деталей с рифленой поверхностью пластическим деформированием // Молодой учёный года 2022: сборник статей Международного научно-исследовательского конкурса. Пенза: Наука и Просвещение, 2022. С. 2325.
10. Кухарь В.Д., Киреева А.Е. Обоснование выбора исходных заготовок при штамповке облицовок кумулятивных зарядов малого калибра с переменной толщиной стенки // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2018. Вып. 10. С. 187-192.
Гасанов Аббас Иса оглы, студент, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
EVALUATION OF DAMAGE AND PROBABILITY OF FORMATION OF DEFECTS IN THE HEAD OF A BOLT JOINT DURING ITS STAMPING
A.I. Gasanov
In mechanical engineering and in other places, connecting and fastening products are often used, including in the manufacture of such elements, so that it becomes difficult to unscrew them, for example, to avoid unauthorized repairs or accidental breakage of connections. In such cases, it is necessary to manufacture a bolted connection with a non-standard head. Obtaining production by stamping of such products is possible both at hot and at cold forming temperatures. Therefore, the work assumes the possibility of obtaining a given head geometry using volume forging in one transition at different temperatures. Computer simulation of the stamping process is carried out in the QForm program. Some process parameters are excluded, including the possibility of defect formation and material damage. Distribution schemes for the procurement of constituted parameters are applied. Analysis of the place with the highest concentration of damage and the probability of defects, as well as their excessive number. Conclusions are drawn about the possibilities of using these technologies for the manufacture of such an assembly of the bolt head.
Key words: damage, defect, head, deformation, stamping, shaping, temperature.
Gasanov Abbas Isa ogly, student, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University
