CC BY
7
УДК 621.73.01
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-5-413-414
ПОЛУЧЕНИЕ ВТУЛКИ ПЛАСТИЧЕСКИМ ДЕФОРМИРОВАНИЕМ ПРИ РАЗНЫХ УСЛОВИЯХ
П.В. Пугаев
В данной статье рассматривается процесс штамповки как универсальный и экономически эффективный способ производства металлических деталей в машиностроении. Описываются основные виды штамповки и их применение для изготовления различных деталей, а также выделены преимущества и некоторые ограничения данного метода. Основной акцент в работе ставится на получении детали типа втулка из алюминиевого деформируемого сплава при помощи компьютерного моделирования в программном комплексе QForm. Методом поперечного выдавливания формируется втулка из трубной заготовки и анализируются технологические силы, требуемые для получения необходимой формы изделия. При этом штамповка проводится при разных радиусах закруглений матрицы для выдавливания, что необходимо для определения оптимальных условий проведения операции. Приводятся графики технологических сил и модель получаемой детали. Также в данной работе проводится регрессионный анализ усилий штамповки метод наименьших квадратов для получения математических зависимостей влияния радиуса закруглений матрицы на усилие.
Ключевые слова: технологическая сила, компьютерное моделирование, деталь типа втулка, пластическое деформирование.
Машиностроение зависит от производства качественных, точных и износостойких металлических деталей, от которых в свою очередь во многом зависит надежность и долговечность оборудования, устройств и механизмов [1-3], поэтому зачастую применяют штамповку. Штамповочное производство -это один из наиболее распространенных методов промышленного производства, который позволяет быстро и эффективно производить большое количество однотипных деталей. Применение этой технологии имеет множество преимуществ, которые делают штамповку незаменимой во многих отраслях промышленности. Применение штамповочного производства широко распространено в машиностроительной, автомобильной, электронной, строительной и других отраслях. Преимуществами штамповки являются высокая производительность, экономическая эффективность, возможность получения деталей повышенного качества. Однако существуют и определенные ограничения при использовании штамповки. Так, для производства сложных деталей может потребоваться несколько этапов штамповки и дополнительная обработка, также не все сплавы могут быть подвергнуты пластическому изменению формы.
Однако штамповка подходит для изготовления деталей круглых в плане, а именно деталей типа втулка. Одним из способов получения таких изделий является поперечное выдавливание, которое может проводится при разных формах матрицы, в том числе отличаться может радиус закругления при переходе в полость матрицы. Радиус влияет не только на форму конечного изделия, но и на усилие штамповки, направление и скорость течения материала и на многие другие характеристики. Поэтому в данной работе проводится компьютерное моделирование в программе QForm [4-8] выдавливания трубной заготовки из Д16 при четырех радиусах скругления: 1 мм, 2 мм, 3,5 мм, а также для сравнения использовалась матрица без скруглений. Пример получаемой детали приведен на рисунке 1.
Рис. 1. Деталь в продольном сечении 413
Известия ТулГУ. Технические науки. 2023. Вып. 5
Можно отметить, что при всех радиусах скругления получается изделие правильной формы, каких-либо внешних дефектов не отмечено, поэтому следующим этапом является оценка усилий штамповки (рис. 2).
9000 8000 7000 1 6000 * 5000 | 4000 и 3000 2000 1000 0
Рис. 2. График силы
Установлено, что с увеличением радиуса скругления технологическая сила уменьшается, при этом наибольшая сила наблюдается при отсутствии закругления, а разница с закруглением, равным 3,5 мм составляет более 40%.
Далее был проведен регрессионный анализ полученных максимальных сил с помощью метода наименьших квадратов. В результате которого была выведена формула:
Р = -23,8095Д3 + 21,4286Д2 - 497,619Д + 8600, где Р - технологическая сила, кН; R - радиус закругления матрицы, мм.
В результате проделанной работе было определено, что сила штамповки напрямую зависит от радиуса скругления матрицы для выдавливания и выявлена закономерная зависимость, которая предполагает, что с увеличением радиуса уменьшается технологическая сила, также выявлена математическая зависимость этих параметров, которая позволит примерно провести вычисление требуемого усилия.
Список литературы
1. Теория обработки металлов давлением / под ред. Голенкова В.А. и др. / М. Машиностроение. 2009. 442 с.
2. 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.
3. 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. EDN: QNCKVH.
4. Романов П. В. Формовка внутренней полубобышки в стенке цилиндрической заготовки // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. № 12. С. 560-562. DOI: 10.24412/2071-6168-2022-12-560-563. EDN: GIXMRK.
5. Лутьянов А. В., Белоусов И. В., Кудрявцев И. В., Скрипник С. В. Исследование моделированием технологий получения поковок типа "Клапан" в программе QForm // Технология машиностроения. 2023. № 3. С. 12-18. EDN: 20Р1РЕ.
6. Морозов Ю. А., Попов И. А. Разработка технологии штамповки детали «Седло» моделированием оптимальных условий течения металла в программе QFORM // Инновационные технологии в электронике и приборостроении : Сборник докладов Российской научно-технической конференции с международным участием. Том 2. Москва: МИРЭА - Российский технологический университет, 2021. С. 145-154. EDN: МХХ2А.
7. Пасынков А. А., Бессмертная Ю. В. Анализ процесса горячей осадки элемента прутковой заготовки // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2023. № 2. С. 623627. DOI: 10.24412/2071-6168-2023-2-623-628. EDN: SLEINS.
8. Петров М. А., Матвеев А. Г., Петров П. А., Сапрыкин Б. Ю. Сравнение технологических процессов штамповки с вращающимся инструментом при помощи конечно-элементного моделирования в программе QForm // Авиация и космонавтика : Тезисы 20-ой Международной конференции. Москва: Издательство "Перо", 2021. С. 517-519. EDN: YXIVFX.
-0 мм -1мм -2 мм 3,5 мм
5 10 15 20 25 30
Перемещение пуансона, мм
Пугаев Павел Владимирович, студент, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Научный руководитель: Пасынков Андрей Александрович, канд. техн. наук, доцент, Россия, Тула, Тульский государственный университет
PRODUCTION OF A BUSHING BY PLASTIC DEFORMATION UNDER DIFFERENT CONDITIONS
P.V. Pugaev
This article discusses the stamping process as a universal and cost-effective way to produce metal parts in mechanical engineering. The main types of stamping and their application for the manufacture of various parts are described, as well as the advantages and some limitations of this method are highlighted. The main focus of the work is on obtaining a bushing-type part from a wrought aluminum alloy using computer simulation in the QForm software package. Using the method of transverse extrusion, a sleeve is formed from a pipe billet and the technological forces required to obtain the required shape of the product are analyzed. In this case, stamping is carried out at different radii of the extrusion matrix, which is necessary to determine the optimal conditions for the operation. Graphs of technological forces and a model of the resulting part are given. A regression analysis of the stamping efforts is carried out using the least squares method to obtain mathematical dependences of the radius of the rounding of the matrix on the force.
Key words: technological force, computer simulation, bushing type part, plastic deformation.
Pugaev Pavel Vladimirovich, student, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Scientific advisor: Pasynkov Andrej Aleksandrovich, candidate of technical science, docent, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.73.01
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-5-415-416
ОЦЕНКА ПРОЦЕССА ВЫДАВЛИВАНИЯ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ГЕОМЕТРИЯХ МАТРИЦЫ
Д.И. Кондаков, П.В. Пугаев
Одним из ключевых направлений в сфере получения металлических деталей является усовершенствование процессов обработки давлением алюминиевых деформируемых сплавов, используемых для получения изделий машиностроительного и иных производств. Штамповка является одним из важнейших процессов в производстве алюминиевых деталей в машиностроении. В данной статье рассматриваются особенности процесса штамповки алюминиевых деталей, анализируются существующие технологии и преимущества использования этого метода в производстве. Авторы статьи провели исследование качества штамповки алюминиевых деталей. Были изучены различные факторы, влияющие на качество продукции, в данной работе представлены данные по анализу качества при разных формах матрицы выдавливания. Анализ качества проводился компьютерным моделированием процесса штамповки с оценкой повреждаемости по критерию Кокрофт-Латам. Также проводится исследование температур, которые возникают при пластическом формоизменении операцией холодной объемной штамповки. Приводятся схемы распределения этих параметром и дальше проводится их анализ с получением соответствующих заключений.
Ключевые слова: моделирование, качество, геометрия матрицы, повреждаемость материала, штамповка, алюминиевые деформируемые сплавы.
Алюминий входит в число лидеров по распространенности его применения среди других металлов в промышленности. Это обусловлено его относительной легкостью и прочностью, а также высокой стойкостью к коррозии. Алюминий и сплавы на его основе стали неотъемлемой составляющей процесса разработки и производства многих изделий машиностроительного производства благодаря тому, что алюминиевые детали имеют ряд преимуществ перед изделиями, полученными из других материалов. Во-первых, эти изделия имеют относительно небольшую массу, что позволяет снизить вес конечного изделия. Во-вторых, алюминиевые детали имеют высокую прочность и устойчивость к коррозии, что позволяет использовать детали в условиях высокой влажности или агрессивной среды. Вместе с перечисленными преимуществами алюминия, существуют определенные сложности при его обработке, в том числе: склонность материала к сильному налипанию к штамповой оснастке во время штамповки; неконтролируемое трещинообразование и изменение свойств материала при определенных режимах обработки; более высокая стоимость по сравнению, например, со многими марками стали [1].
415
