CC BY
1
ТЕХНОЛОГИИ И МАШИНЫ ОБРАБОТКИ ДАВЛЕНИЕМ
УДК 621.73.01
DOI: 10.24412/2071-6168-2024-1-629-630
ПОЛУЧЕНИЕ ИЗДЕЛИЙ КОМБИНИРОВАНИЕМ ОПЕРАЦИЙ ВЫТЯЖКИ
И ОТБОРТОВКИ
Ю.С. Галкин, Д.И. Кондаков
Статья посвящена влиянию компьютерного моделирования на процессы штамповки металлов, в частности изучению процесса комбинированной вытяжки-отбортовки с использованием метода конечных элементов. Авторы подчеркивают роль компьютерных технологий в повышении качества и эффективности штамповки, позволяющих предсказывать параметры изготовления и предупреждать дефекты продукции. В статье рассматривается использование алюминиевых листовых заготовок с центральным отверстием для комбинированного штамповочного процесса при различных коэффициентах трения. В ходе исследования было проведено моделирование формоизменения с определением технологических сил, результаты показали зависимость усилий от коэффициента трения, приведены соответствующие графики и проанализированы полученные данные. Помимо этого, в данной работе представлена формула для расчета необходимых усилий при штамповке с учетом коэффициентов трения Кулона, позволяющая определить параметры процесса для получения изделия. Сделаны выводы о возможности применения анализируемой технологии для изготовления требуемых деталей, также полученные данные о технологической силе процесса изменения формы.
Ключевые слова: листовая штамповка, вытяжка, отбортовка, обработка металлов давлением, производственные технологии, комбинирование операций, технологическое усилие.
С развитием современных технологий штамповка, как один из основных процессов обработки металлов давлением, претерпела значительные изменения. Важную роль в повышении производительности, точности и оптимизации штамповочных процессов сыграли компьютерные моделирования [1-3]. Использование программного обеспечения для виртуальной имитации процессов штамповки позволяет инженерам обеспечить эффективное и экономически выгодное производство, избегая многих рисков, связанных с производством.
Компьютерное моделирование процессов штамповки основывается на применении методов конечных элементов или других численных способов для создания точной математической модели или вторичной математической модели, которая воспроизводит физические свойства обрабатываемого материала и условия штамповочного процесса [4-5]. Эти модели позволяют предсказать многие параметры процессов и получаемых деталей, таких как напряжения в материале, деформацию, усадку, риск образования трещин, вероятностные образования дефектов, усилие штамповки и пр.
629
Компьютерные моделирования позволяют тщательно анализировать и оптимизировать процессы, что в конечном итоге улучшает качество готовых изделий. С помощью моделирования можно определять оптимальные параметры штамповки, а также разрабатывать штампы и инструменты, способные выдерживать усилия и производить детали с требуемыми характеристиками и качеством поверхности [6-7].
Расчеты, проведенные при помощи компьютерных моделей, могут предупредить появление дефектов штамповки, таких как трещины, утяжины, разрывы или излишняя тонкость материала. Уменьшение количества брака означает не только сокращение непосредственных потерь материала, но и повышение общей эффективности производственного процесса.
Так, на процессы штамповки могут влиять разные факторы, которые приводят как к улучшению процесса, так и к его ухудшению, например, изменению качества детали, усилия формоизменения и пр. Это же характерно для процессов листовой штамповки. Такие процессы имеют большое разнообразие способов, например, существует процесс комбинированной вытяжки-отбортовки [8], деталь, получаемая данным методом представлена на рисунке 1. Такой метод позволяет оптимизировать процессы обработки и снизить количество операций, однако эти методы сложны и требуют детального исследования. В данной работе проводится исследование данного процесса с применением метода конечных элементов в программе QForm [9-10]. Для этого использовались алюминиевые листовые заготовки (АД0) толщиной 2 мм с центральным сквозным отверстием, которые были подвержены одновременной отбортовке с вытяжкой.
Рис. 1. Деталь в разрезе
Без трения — ОД -0,2 0,3
35 30 25
I
щ 20 I 15
и >
10 5 0
//ц
к
\
10
15 20
Время, с
25
30
35
Рис. 2. Усилие штамповки при разных коэффициентах трения
Технологии и машины обработки давлением
Моделирования показали, что с помощью такого подхода возможно получения изделий, однако необходимо, чтобы процесс был энергоэффективным, поэтому были проведены дополнительные моделирования с учетом коэффициентов трения. Были выбраны 4 варианта от 0 до 0,3 с шагом 0,1 и получены графики технологических сил штамповки (рис. 2).
Как и предполагалось, что отсутствие трения позволяет добиться наименьшей силы формоизменения, однако данный расчет был приведен для сравнения, и в настоящих процессах не может быть воплощен. Более детально следует оценивать пиковые значения силы при штамповке с коэффициентами трения Кулона от 0,1 до 0,3. Исследование показало закономерность, что с увеличением коэффициента трения увеличивается усилие. При этом была выявлена формула для определения требуемого усилия:
P = 25,079 + 1,6198 х K, где K = коэффициент трения по Кулону.
Таким образом установлено, что данный процесс имеет возможность получения необходимого изделия, при этом установлены силовые режимы процесса.
Список литературы
1. Хрычев И. С., Романов П. В. Количественная оценка напряжений в очаге деформации при горячей раздаче // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. Вып. 10. С. 374-378. EDN MMKMHD.
2. Теория обработки металлов давлением / Учебник для вузов / В.А. Голенков, С.П. Яковлев, С.А. Головин, С.С. Яковлев, В.Д. Кухарь / Под ред. В.А. Голенкова, С.П. Яковлева. М.: Машиностроение, 2009. 442 с.
3. Пасынков А. А., Матасов И. И., Яковлев Б. С. Изотермическое деформирование корпусных изделий с Толстым дном в цилиндрическую матрицу // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 5. С. 457461. EDN GDMHOT.
4. Математическое моделирование технологических процессов и метод обратных задач в машиностроении / Тихонов А.Н. и др. М.: Машиностроение, 1990. 264 с.
5. Пасынков А. А. Исследования энергосиловых параметров высадки концов трубных заготовок в изотермических условиях // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2016. Вып. 3. С. 15-23. EDN: WAXNGF.
6. Мышечкин А. А., Юсупов В. С., Скрипник С. В. Определение оптимальных параметров процесса горячей объемной штамповки оправки прошивного стана моделированием в программе QForm // Прокатное производство. Приложение к журналу "Технология металлов". 2023. № 21. С. 9-16. EDN: THVBXZ.
7. Букарев И. М., Бабин Д. М. Моделирование процесса объемной штамповки в DEFORM 3D и QFORM 3D // Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2008. № 6. С. 5. EDN JWKJQD.
8. Яковлев С. С. Ковка и штамповка. В 4 т. Т. 4. Листовая штамповка / Под общ. ред. С. С. Яковлева; ред. совет : Е. И. Семенов (пред.) и др. Москва : Машиностроение, 2010. 732 с.
9. Yakovlev S. S., Karkach L. V., Galitsina K. A. A comprehensive study of shells with corrugated inner surface // Journal of Physics: Conference Series. 2022. Vol. 2388, No. 1. P. 012089. EDN AYHSND.
10. QForm 2D/3D Программа для моделирования процессов обработки металлов давлением Версия VX. Часть 2. Руководство пользователя. «КванторФорм», 2018. 431 с.
Галкин Юрий Сергеевич, аспирант, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Кондаков Данила Иванович, магистрант, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
OBTAINING PRODUCTS BY COMBINING DRAWING AND FLAMING OPERATIONS
Y.S. Galkin, D.I. Kondakov
The article is devoted to the influence of computer modeling on metal stamping processes, in particular to the study of the combined drawing-flanging process using the finite element method. The authors emphasize the role of computer technology in improving the quality and efficiency of stamping, making it possible to predict manufacturing parameters and prevent product defects. The article discusses the use of aluminum sheet blanks with a central hole for a combined stamping process at various friction coefficients. During the study, modeling of forming was carried out with the determination of technological forces, the results showed the dependence of forces on the friction coefficient, corresponding graphs were presented and the data obtained were analyzed. In addition, this work presents a formula for calculating the required forces during stamping, taking into account the Coulomb friction coefficients, which makes it possible to determine the process parameters for obtaining the product. Conclusions are drawn about the possibility of using the analyzed technology for the manufacture of the required parts, as well as data obtained about the technological power of the shape changing process.
Key words: sheet stamping, drawing, flanging, metal forming, production technologies, combination of operations, technological force.
Galkin Yuri Sergeevich, postgraduate, dock13@,mail.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Kondakov Danila Ivanovich, student, [email protected], Russia, Tula, Tula State University
