CC BY
0
Metal forming is one of the most effective and widely used methods of processing and shaping semi-finished products. Compared to other methods such as casting, welding or machining, stamping has a number of advantages that make this method used in many industries. This article presents an analysis and overview of the main advantages of stamping relative to other metal processing methods. Also in this work, computer simulation of the process ofproducing a product with a complex profile using the method of volumetric stamping is carried out. The main attention in the work is focused on the results of a study of the influence of the friction coefficient on the power parameters of the process, a graph of the force of changing the shape of a metal workpiece is presented, and an analysis of the stressed and deformed state is carried out. Based on the results of computer modeling, conclusions are drawn about how the friction coefficient influences various characteristics of volumetric forging, including force, intensity of stress and deformation.
Key words: plastic forming, volumetric stamping, product with a complex cross-sectional shape, computer modeling, force, stamping.
Galitsina Ksenia Alekseevna, undergraduate, [email protected], Russia, Tula, Tula State University,
Scientific advisor: Platonov Valery Ivanovich, candidate of technical science, docent, Russia, Tula, Tula State
University
УДК 621.73.01
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-11-354-355
ПОЛУЧЕНИЕ ОБОЛОЧКИ МЕТОДОМ ОБРАТНОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ
А.И. Гасанов
Исследования и компьютерные моделирования в области штамповки металлических деталей стали неотъемлемой частью разработки и производства изделий. В этой статье рассматривается необходимость проведения исследований и использования компьютерных моделирований в области обработки металлов давлением. В статье описаны основные преимущества и особенности исследований процессов обработки металлов давлением с помощью применения метода компьютерного моделирования. Также в работе приводятся результаты исследования операции обратного выдавливания с помощью математического моделирования при использовании разной по форме штамповой оснастки. Приводятся данные о технологической силе, интенсивности напряжений и деформаций, растягивающих и сжимающих напряжениях. В работе также приводится график технологической силы обратного выдавливания и делаются выводы на основе полученных данных о влиянии формы инструмента на напряженное и деформированное состояние.
Ключевые слова: обработка металлов давлением, компьютерные моделирования, обратное выдавливание, технологическая сила, интенсивность напряжений, средние напряжения.
В настоящее время в науке все чаще используются современные технологии, такие как компьютерные моделирования, в том числе данный метод используется и в процессах обработки металлов давлением [1-3]. Это позволяет более точно предсказывать поведение материалов при штамповке и позволяет учитывать множество факторов, таких как величины деформаций, термообработку, геометрические характеристики инструмента и заготовки. Это особенно необходимо при разработке сложных деталей, которые требуют точности изготовления и высокого качества. Кроме того, компьютерные моделирования позволяют проводить имитационные испытания и оптимизацию процесса пластического изменения формы. Это сокращает время и затраты на изготовление и испытание прототипов, что является существенным экономическим преимуществом.
450
400
350
300
X
■± 250
-0 мм я»
^ X 200
-2 мм о 150
-10 мм 100
50
0
о 2 4 6 8 Ю
Перемещение пуансона, мм
График технологической силы
Другим преимуществом компьютерных моделирований является возможность исследования нестандартных методов и процессов штамповки. Например, новые способы и материалы, добавление дополнительных этапов обработки, может способствовать созданию новых типов изделий и повышению качества продукции. Важно отметить, что моделирования позволяют проводить анализ и оптимизацию не только самого процесса штамповки, но и других факторов, влияющих на качество и производительность. Например, можно изучать влияние скорости деформирования, температуры обработки на детали и инструменты. Еще одно важное преимущество компьютерных
354
Технологии и машины обработки давлением
моделирований - возможность прогнозировать дефекты и деформации в процессе штамповки. Это позволяет заранее определить возможные проблемы и внести соответствующие изменения в процесс или конструкцию деталей, чтобы избежать снижения качества изделий.
Данная работа нацелена на изучение влияния формы инструмента при обратном выдавливании на многие характеристики процессов, включая напряженно-деформированное состояние [4-6]. Исследование выполнено с помощью компьютерного моделирования в программе QForm [7-10] и объектом изучения является обратное выдавливание, в котором пуансон может иметь разную конфигурацию, включая разную высоту кромки. Ранее было установлено, что на форму изделия этот фактор не оказывает влияния, поэтому требуется оценить силовые характеристики процесса (см. рис.) и иные характеристики, такие как напряженное и деформированное состояние в образцах.
Из графика установлено, что такой параметр как высота кромки не существенно влияет на силу штамповки, так как общая картина изменения кривых идентична, а пиковые значения отличаются не существенно. Далее были оценены максимальные значения характеристик напряженно-деформированного состояния (см. табл.).
Оценка характеристик процесса
Высота пояска, мм 0 2 10
Технологическая сила, кН 393 398 405
Растягивающие напряжения, МПа 95 98 100
Сжимающие напряжения, МПа 850 848 853
Интенсивность деформаций 3,38 3,36 3,35
Интенсивность напряжений, МПа 187 186 190
В таблице приведены максимальные значения, которые были получены компьютерным моделированием. Величина растягивающих и сжимающих напряжений практически одинакова и отличается на несколько процентов, что указывает на погрешность определения и вычисления. Аналогичная ситуация наблюдается и с интенсивностями напряжений и деформаций, разница составляет несколько единиц, при анализе распределения установлено, что они также схожи для всех рассматриваемых случаев. Таким образом можно сделать вывод о том, что в целом величина рабочей кромки не оказывает влияния на силовые характеристики процессов, а также напряженное и деформированное состояние в полуфабрикате.
Список литературы
1. Вакалов А.А. Применение компьютерного моделирования при разработке процессов горячей штамповки поковок лопаток // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. 2012. № 1. С. 36-41.
2. Математическое моделирование технологических процессов и метод обратных задач в машиностроении / Тихонов А.Н. и др. М.: Машиностроение, 1990. 264 с.
3. Кинзин Д.И., Рачков С.С. Использование программного комплекса DEFORM-3D при моделировании процессов сортовой прокатки // Вестник МГТУ им. Г.И.Носова. 2011. №2. С. 45-49.
4. 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 - М.: Машиностроение, 2010. 732 с.
5. Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. Изд. 5-е, перераб. и доп. Л.: Машиностроение, 1979, 520 с.
6. Горохов В.А. Основы технологии машиностроения и формализованный синтез технологических процессов. В 2-х т. Основы технологии машиностроения и формализованный синтез технологических процессов: Учебник / В.А. Горохов. Ст. Оскол: ТНТ, 2012. 1072 с.
7. Романов П. В., Харченко А. В. исследование операции формовки ступенчатых деталей в ленте // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. № 3. С. 138-142. EDN GXXULP.
8. QForm 2D/3D Программа для моделирования процессов обработки металлов давлением Версия VX. Часть 2. Руководство пользователя. «КванторФорм», 2018. 431 с.
9. Алексеев А. В. Анализ холодного выдавливания алюминиевой заготовки численными методами // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. № 12. С. 566-568. EDN IJNEKW.
10. 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. EDN IWQFYF.
Гасанов Аббас Иса оглы, магистрант, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Научный руководитель: Пасынков Андрей Александрович, канд. техн. наук, доцент, Россия, Тула, Тульский государственный университет
PRODUCTION OF CASINGS BY REVERSE EXTRUSION METHOD A.I. Gasanov
Research and computer simulations in the field of stamping of metal parts have become an integral part ofproduct development and production. This article discusses the need for research and the use of computer simulations in the field of metal forming. The article describes the main advantages and features of research into metal forming processes using the computer modeling method. The paper also presents the results of a study of the reverse extrusion operation using mathematical modeling when using die equipment of different shapes. Data are provided on technological force, intensity of stresses and deformations, tensile and compressive stresses. The work also provides a graph of the technological force of reverse extrusion and draws conclusions based on the data obtained about the influence of the tool shape on the stress and deformation state.
Key words: metal forming, computer simulations, reverse extrusion, technological force, stress intensity, average
stress.
Gasanov Abbas Isa ogly, student, [email protected], Russia, Tula, Tula State University,
Scientific advisor: Pasynkov Andrej Aleksandrovich, candidate of technical science, docent, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.77
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-11-356-357
ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ПОЛУФАБРИКАТА МЕТОДОВ ВЫСАДКИ
И.В. Гребенщиков
Математическое моделирование является мощным и современным инструментом, который позволяет изучать, улучшать и оптимизировать различные процессы, включая, например, процессы обработки металлов давлением. В данной статье рассматривается вопрос о том, как математическое моделирование используется при исследовании процессов ковки и штамповки, и как этот метод помогает в достижении результатов и повышении качества изготавливаемых деталей. Приводятся основные компьютерные программные обеспечения, которые основаны на методах математического анализа. Также в работе описываются основные результаты проделанного исследования процесса высадки с помощью создания и анализа модели. Приводятся трехмерные изображения распределения средних напряжений и интенсивности напряжений в полуфабрикатах. Проводятся исследования влияния температуры на поля напряжений во всем объеме материала, а также в трассируемых точках. Делаются выводы о том, как влияет температура алюминиевого сплава на распределения и максимальные значения интенсивности напряжений и средних напряжений.
Ключевые слова: процесс высадки, средние напряжения, интенсивность напряжений, трассируемая точка, компьютерное моделирование, обработка металлов давлением.
Процессы обработки металлов давлением, такие как штамповка, основаны на применении внешней силы к заготовке с целью изменения ее формы и размеров [1-3]. Важно отметить, что при таких процессах можно использовать разные модели материала, например, жестко-пластическую, упруго-пластическую, вязко-пластическую и иные, что создает сложности при их моделировании и анализе [4-5].
Математическое моделирование позволяет описать процессы обработки металлов давлением с использованием уравнений, которые учитывают физические свойства материала, геометрию детали, параметры обработки и условия внешнего давления. Модели могут быть разработаны для конкретных процессов и металлических сплавов, что позволяет изменять различные параметры и оценивать их влияние на результаты процесса.
Основными преимуществами использования математического моделирования при исследовании процессов обработки металлов давлением являются:
1. Экономия времени и ресурсов: моделирование позволяет исследователям проводить виртуальные эксперименты, что позволяет сократить количество физических испытаний и экспериментов, требующих затраты времени и ресурсов.
2. Оптимизация процесса: с помощью моделирования возможно определить оптимальные параметры обработки, такие как скорость деформации, температура, режимы трения и т. д. Это позволяет достичь лучших результатов и повысить эффективность производства.
3. Предсказание деформаций и напряжений: моделирование позволяет оценить напряженно-деформированное состояние, возникающее в металле во время обработки давлением.
4. Улучшение качества продукции: математическое моделирование позволяет предсказывать и анализировать возможные дефекты и неоднородности, которые могут возникнуть в результате обработки металлов давлением. Это позволяет улучшить качество продукции и снизить количество брака.
Наиболее популярным в настоящее время методом математического анализа является метод конечных элементов [6-7], на котором основано множество программных комплексов, включая QForm [8-9], который в настоящее время стал одним из наиболее встречаемых инструментов при проведении исследований. Также и данная работа основана на результатах компьютерного моделирования, которое было проведено в этой программе.
Исследовалось влияние температуры штамповки на напряженное состояние материала в процессе его высадки, при этом заготовка выполнена из алюминиевого сплава и представляет собой цилиндр. Таким образом были получены распределения средних напряжений (рис. 1) и интенсивности напряжений (рис. 2) при высадке.
По данным результатам моделирования было определено следующее, что на центральной части изделия преобладают сжимающие напряжения, при этом их величина больше в случае холодного деформирования, при горячем же формоизменении их величина уменьшается практически в 5 раз. Аналогичная ситуация происходит при оценке растягивающих напряжений во фланцевой части изделия, в этом случае наблюдается практически пятикратная разница в пиковых значениях напряжений.
