CC BY
7
Yakovlev Boris Sergeevich, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Tula, Tula State University,
Chekmazov Nikita Mikhailovich, student, [email protected], Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.983
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-5-318-322
ПОЛУЧЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ СО СЛОЖНОЙ ФОРМОЙ КОМБИНИРОВАННЫМ
ВЫДАВЛИВАНИЕМ
А.В. Алексеев
В настоящей работе рассматривается вопрос об изготовлении детали комбинированным выдавливанием со сложной конфигурацией наружной и внутренней поверхности. Оценка и исследование комбинированного выдавливания проводится с помощью метода компьютерного моделирования. Приводится изображение получаемого способом обработки металлов давлением полуфабриката, у которого имеется внутренняя полость на верхней поверхности, образованная тонкими стенками, а также несколько выступов. Один из выступов расположен на нижней поверхности и имеет сложную форму профиля, образованная совокупностью изгибающихся линий. Приводится график технологической силы, также полученный исходя из компьютерного моделирования. Проводится не только исследование возможности получения такой детали комбинированным выдавливанием, но и анализируются средние напряжения, которые образуются при обработке заготовки давлением, поэтому приведены изображения распределения сжимающих и растягивающих напряжений в полуфабрикате на финальной стадии изменения формы. Делаются выводы о возможности применения комбинированного выдавливания для получения детали со сложной конфигурацией, а также приводятся результаты исследований технологических параметров операции.
Ключевые слова: комбинированное выдавливание, холодная штамповка, моделирование, алюминиевый сплав, выступы.
Применение методов обработки металлов давлением и высокая их применяемость в производстве обусловлено целым рядом причин [1-5]:
- Высокая производительность;
- Получение требуемой микроструктуры;
- Высокий коэффициент использования металла;
- Возможность автоматизации и механизации процессов;
- Относительно невысокая стоимость единицы изделия.
Все эти преимущества делает обработку давлением важной частью производственных процессов и позволяют получить требуемое металлическое изделие. Так одной из операций ОМД является выдавливание, которое может быть: боковым, обратным, прямым и комбинированным. Всеми этими методами происходит формирование конечного изделия из металлической заготовки. Комбинированное выдавливание является сложным технологическим процессом, в котором требуется учесть множество особенностей: механические свойства материала, трение, температуру штамповки, геометрию инструмента и т.п. В данном случае рассмотрим возможность использования комбинированного холодного выдавливания детали втулка с выступами. При этом форму такая деталь имеет сложную, имеется внутренняя полость в верхней части полуфабриката образованная стенками, толщиной 4 мм, также на нижней поверхности изделия выполняется выступ, помимо этого, имеется 2 выступа расположенных по две противоположенные стороны изделия.
Требуется изготовить определенную деталь из алюминиевого сплава АД0, поэтому был выбран метод комбинированного холодного выдавливания в открытом штампе, так как по мнению автора, этот способ является наиболее предпочтительным из-за требования получить определенную форму изделия. В дальнейшем полуфабрикат после выдавливания необходимо подвергнуть механической обработке, а именно снятию неровно края верхних стенок и выступов.
Для анализа выбранного метода было проведено компьютерное моделирование в программе QForm [6-10], в результате чего было получено изображение получаемой детали (рис. 1). Такой подход позволяет исследовать процесс и спрогнозировать будущее изделие, а также выявить основные технологические параметры и особенности процесса. Изделие представляет собой втулку с несколькими выступами разного размера и конфигурации, а также внутренним отверстием.
Рис. 1. Сечение детали, получаемой комбинированным выдавливанием
Важной частью любого процесса обработки металлов давлением является технологическая сила, которая необходима для осуществления операции. Поэтому был получен график технологической силы выдавливания (рис. 2).
Время с
Рис. 2. График технологической силы
Максимальная технологическая сила составляет 430 кН, при этом график нагрузки постоянно увеличивается, что характерно для объемной штамповки.
319
При объемной штамповке также возможно оценить средние напряжения (рис. 3) для изучения того, какие напряжения преобладают в каких зонах.
- 2»
- ж
- 1» - 100
- 50
- 0
- -50
- -100 ■ -1» - -200
- -250
- -500
- -350
- -400
- -450
- -500
- -5»
- 600
Рис. 3. Средние напряжения
В центральной части полуфабриката наблюдаются сжимающие напряжения и достигают -600 МПа. В зонах формирования выступов и верхней стенки наблюдаются растягивающие напряжения и достигают отметки 250 МПа.
Таким образом установлено, что применение комбинированного выдавливания позволяет получить требуемое изделие. При том технологическая сила не столь высока и использование холодной штамповки в данном случае возможно. В итоге, применение обработки металлов давлением, а именно комбинированного выдавливания для получения рассмотренной детали исходя из оценки силовых параметров, средних напряжений и получаемой после формообразования детали возможно. Однако в дальнейшем необходимо провести исследования напряженного и деформированного состояния, повреждаемости, штамповки с иной конфигурацией матрицы, оценку влияния различных температурных режимов и режимов трения для выявления оптимальных и наилучших условий для изготовления получаемой детали.
Список литературы
1. Яковлев С.С., Пасынков А.А., Ларина М.В. Оценка влияния технологических параметров процесса бокового выдавливания по плоской схеме деформаций на силовые режимы и качество получаемых изделий // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2015. Вып. 11. Ч. 1. С. 3-9.
2. Кухарь В.Д., Киреева А.Е., Митин О.Н. Штамповка поковок для получения конических облицовок с последующей обработкой резаньем // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2016. Вып. 11. Ч. 2. С. 297304.
3. Патент № 2758351 ^ Российская Федерация, МПК B21K 21/06, B21D 17/02, B21C 37/20. Способ изготовления сетки рифлей на внутренней поверхности цилиндрической оболочки: № 2020140573: заявл. 08.12.2020: опубл. 28.10.2021 / С.С. Яковлев, В.А. Коротков, С.Н. Ларин [и др.]; заявитель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет".
4. Кухарь В.Д., Киреева А.Е., Митин О.Н. Оценка силовых режимов штамповки заготовок кумулятивных облицовок малого калибра // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2017. Вып. 12. Ч. 2. С. 23-28.
5. Патент № 2638720 C Российская Федерация, МПК B21D 22/20. Способ вытяжки с интенсивной пластической деформацией и устройство для его осуществления : № 2016137656: заявл. 21.09.2016: опубл. 15.12.2017 / В.А. Коротков, С.Н. Ларин, С.С. Яковлев; заявитель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ).
6. Пасынков А.А., Хрычев И.С. Оценка изменения напряженного состояния заготовки при прямом горячем выдавливании трубы // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. Вып. 3. С. 117-122.
7. Пасынков А.А., Трегубов В.И., Хрычев И.С. Прямое выдавливание титановой трубы в инструмент с коническим рабочим профилем // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. Вып. 2. С. 34-37.
8. Ларин С.Н., Булычев В.А. Научно обоснованная технология обратного выдавливания изделий из анизотропных трубных заготовок // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2019. № 10(100). С. 12-18.
9. Крутиков П.В. Исследование влияния знакопеременного деформирования на силовые параметры процесса прямого выдавливания // XLIV Гагаринские чтения : Сборник трудов Международной молодежной научной конференции. Секция «Механика и моделирование материалов и технологий». М.: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук, 2018. С. 72.
10. Аккуратнова А.С. Пневмоформовка листовых конструкций из высокопрочных цветных сплавов в режиме кратковременной ползучести // XLIV 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, 2018. С. 9.
Алексеев Александр Владимирович, магистрант, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
OBTAINING COMPLEX SHAPED PARTS BY COMBINED EXTRUSION
A.V. Alekseev
In this paper, we consider the issue of manufacturing a part with a complex configuration of the outer and inner surfaces. Evaluation and study of combined extrusion is carried out using the computer simulation method. An image is given of a semi-finished product obtained by metal forming, which has an internal cavity on the upper surface formed by thin walls, as well as several protrusions. One of the protrusions is located on the lower surface and has a complex profile formed by a set of curved lines. A graph of the technological force is also given based on computer simulation. Not only is the study of the possibility of obtaining such a part by combined extrusion being carried out, but also the average stresses that are formed during the processing of the workpiece by pressure are analyzed, therefore, images of the distribution of compressive and tensile stresses in the semi-finished product at the final stage of shape change are given. Conclusions are drawn about the possibility of using combined extrusion to obtain a part with a complex configuration, as well as the results of studies of the technological parameters of the operation.
Key words: combined extrusion, cold stamping, modeling, aluminum alloy, protrusions.
Alekseev Aleksandr Vladimirovich, undergraduate, [email protected], Russia, Tula, Tula State University
