CC BY
7
8. Морозов С.В. Определение зависимости сил деформирования от режимов изотермической раскатки, с применением программного комплекса QForm VX // Фундаментальные исследования и инновационные технологии в машиностроении: Научные труды V-й Международной научной конференции/ М.: Издательский дом "Спектр", 2017. С. 173-175.
9. Вобликов Г.А. Анализ температур при проведении операции отбортовки // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. Вып. 9. С. 333-335.
10. Морозов С. А., Морозов А. С., Щенятский А. В. Штамповка с локализацией очага деформации // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып. 10. С. 429435.
Кондаков Данила Иванович, студент, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Научный руководитель: Пасынков Андрей Александрович, канд техн. наук, доцент, Россия, Тула, Тульский государственный университет
INVESTIGATION OF THE STRESS AND STRAIN STATE UNDER COLD EXTR USION
D.I. Kondakov
Mechanical engineering is one of the most important industries and covers many other sectors of the economy. The most common material used in industry and engineering is metal. In this case, metal parts can be manufactured using various methods of stamping, cutting, electrochemical processing, casting, welding, and other metallurgical operations. However, one of the most common is precisely the processing of metals by pressure. Therefore, the analysis of operations associated with plastic forming of metal products is an important and relevant topic at the moment. In this paper, we consider the effect of friction on the maximum values of stress intensity and strain intensity when obtaining a product of complex shape by extruding a cylindrical solid work-piece in a shaped matrix. Tables are given with the largest data obtained under study, which were obtained using computer simulation in specialized software. The work also illustrates a three-dimensional model of the part, also obtained after modeling by the finite element method.
Key words: cold stamping, mechanical engineering, computer modeling, die forging, technological
force.
Kondakov Danila Ivanovich, student, [email protected], Russia, Tula, Tula State University,
Scientific advisor: Pasynkov Andrey Alexandrovich, candidate of technical science, docent, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.77
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-4-362-365
РАСЧЁТ КРИВИЗНЫ ЗАГОТОВКИ ИЗ ПРОКАТА ПРИ КОНСОЛЬНОЙ УСТАНОВКЕ ЕЁ
В ПАТРОНЕ
М.Н. Бобков, Д.Е. Бочкова
Одной из составляющих припуска на механическую обработку заготовки, учитывающих пространственные геометрические отклонения поверхности заготовки, является её кривизна. Показано, что в ряде литературных источников для расчёта кривизны заготовки при её консольной установке в патроне представлены зависимости, дающие существенные расхождения в результатах расчётов. Предложена формула для точного определения кривизны заготовки при её консольной установке.
Ключевые слова: заготовка детали, припуск на обработку, составляющие припуска, кривизна заготовки.
Существует два метода определения припусков на обработку резанием: опытно-статистический (табличный) и расчётно-аналитический. Табличный метод определения припусков сравнительно прост и не требует больших затрат времени. Однако использование табличного метода при назначении припусков неизбежно приводит к завышению их величины, обусловливающему возрастание трудоёмкости и себестоимости механической обработки.
362
Расчётно-аналитический метод характеризуется по сравнению с табличным большей трудоёмкостью, но он позволяет устанавливать более точные значения припусков. Его применение целесообразно в крупносерийном и массовом производствах. Сущность метода заключается в том, что для каждой выполняемой операции (перехода) необходимо предусмотреть припуск, компенсирующий как погрешности предшествующей операции, так и некоторые погрешности, имеющие место на выполняемой операции [1, 2]. Эти погрешности и должны рассматриваться как составляющие операционного припуска.
Все составляющие припуска можно разбить на две группы [2]. К первой группе относятся составляющие, характеризующие состояние поверхности заготовки, подлежащей обработке, то есть составляющие, характеризующие микрогеометрию обрабатываемой поверхности и глубину её дефектного слоя. Ко второй группе относятся составляющие припуска, характеризующие неопределённость положения поверхности, подлежащей обработке на данной операции, относительно технологической базы заготовки или относительно настроенного на размер режущего инструмента.
Если принять во внимание, что не все погрешности (составляющие операционного припуска) имеют предельные значения и что часть этих погрешностей может взаимно компенсироваться, то для определения значения операционного припуска следует использовать вероятностный метод расчёта [2]. Тогда формулы суммирования составляющих операционного припуска будут иметь вид:
- для одностороннего припуска
= к^//2(1-1) + + д2-1+ р?-1 + 8? ,
- для двустороннего припуска
2 = ф-1 + 4(-1) + И— + А2- + р/-1 + в2), где - припуск на обработку поверхности заготовки на данной операции (переходе); к = 1,2...1,3 -коэффициент, характеризующий законы распределения величин составляющих припуска; 7- - допуск на размер поверхности заготовки на предшествующей операции (переходе); /2(;-1) - шероховатость
поверхности заготовки после предшествующей операции; И;- - глубина поверхностного дефектного слоя заготовки после предшествующей операции; А;-1 - составляющая припуска, учитывающая возможное смещение поверхности заготовки, подлежащей обработке, относительно технологической базы заготовки; р;- 1 - составляющая припуска, учитывающая пространственные геометрические отклонения
поверхности заготовки после предшествующей операции; 8; - составляющая припуска, учитывающая
погрешность установки заготовки в приспособлении на выполняемой операции.
Одной из составляющих, учитывающих пространственные геометрические отклонения поверхности заготовки, является её кривизна (отклонение от прямолинейности). Кривизна различных заготовок определяется соответствующими нормативно-техническими документами. Например, для сортового стального горячекатаного круглого проката [3] удельная кривизна рд в зависимости от диаметра заготовки и класса кривизны находится в интервале от 4 до 10 мкм/мм, удельная кривизна калиброванного проката [4] меньше и располагается в интервале от 1 до 6 мкм/мм.
При установке заготовки вала из проката в центрах (рис. 1) численное значение кривизны Р кр х для любого сечения заготовки можно определить по формуле [1]
Ркр.х =Р0 •1 х, (1)
где Р кр х - кривизна заготовки, мкм; 1х < 0,5Ь - расстояние от рассматриваемого сечения вала до его
ближайшего торца, мм; Ь - длина заготовки, мм.
I
Рис. 1. Схема установки заготовки вала в центрах
При консольной установке заготовки в патроне или цанге значение кривизны заготовки возрастает (рис. 2), а зависимость для её расчёта будет отлична от формулы (1).
Однако известные зависимости [2, 5, 6, 7] дают при расчётах кривизны существенные расхождения в их результатах. Так, точная (2) и приближенная (3) формулы, представленные в справочниках [5, 6],
Р = Ь__ВО_, (2)
ккр. тах ^ о
РО + О,25
Ркр.тах = 2РО • Ь ' cos(aГctg2Рo) (3)
дают расхождение в результатах при расчёте кривизны заготовок из калиброванного проката в 1,5...2 раза в зависимости от удельной кривизны проката. Для горячекатаного проката с удельной кривизной РО=8 мкм/мм расчёты по формулам (2) и (3) расходятся более, чем в 8 раз.
_ ¿/i / „- i
у
О
Рис. 2. Схема консольной установки заготовки вала
Результаты расчётов кривизны калиброванного проката по формуле
Ркр.тах = 2Р0 'L' (4)
предложенной в учебном пособии [2], превышают результаты расчётов по формулам (2) и (3) в 2,5...8 раз, а при расчёте кривизны горячекатаного проката - в десятки раз. Расчёты кривизны по формуле (4) отличаются от расчётов по зависимости, представленной в учебном пособии [7], в 2 раза для заготовок из проката любого вида.
Полученные результаты заставляют усомниться в справедливости всех этих формул, тем более, что в источниках их выводы не представлены, и провести их проверку. Для этого воспользуемся рис. 2, где во вписанном равнобедренном треугольнике АВС сторона AC=L, угол ß = arctgРо. В прямоугольном треугольнике ACF угол ACF = 2ß.
Максимальная кривизна заготовки при консольной установке её в патроне
Ркр.тах = AF = L • sin2ß . (5)
При удельной кривизне проката ро = 0,008 мм, длине заготовки L = 125 мм и угле
ß = 0°27'30"
Ркр.тах = 125 • sin0°55' = 1,9999мм.
При расчете кривизны по формуле (4)
Ркр.тах = 2 • 0,008 • 125 = 2,0000 мм.
Несущественное отличие в результатах расчётов объясняется тем, что при угле ß < 1° справедлива формула sin2ß = 2tgß.
Таким образом, расчёт кривизны заготовок из проката при консольной установке их в патроне с достаточной для практических целей точностью можно осуществлять по любой из зависимостей (4) или (5).
Список литературы
1. Кован В.М. Расчёт припусков на обработку в машиностроении: справ. пособие. М.: Машгиз, 1953. 207 с.
2. Коганов И.А., Станкеев А.А. Расчет припусков на механическую обработку: учебное пособие. Тула: ТулПИ, 1973. 191 с.
3. ГОСТ 2590-2006. Прокат сортовой стальной горячекатаный круглый. Сортамент. М.: Стан-дартинформ, 2008. 7 с.
4. ГОСТ 7417-75. Сталь калиброванная круглая. Сортамент. М.: Изд-во стандартов, 2003. 5 с.
5. Косилова А.Г., Мещеряков М.А., Калинин Р.К. Точность обработки, заготовки и припуски в машиностроении: справочник технолога. М.: Машиностроение, 1976. 288 с.
6. Справочник технолога-машиностроителя: В 2 т. Т.1 / А.М. Дальский [и др.]; Под ред.: А.М. Дальского [и др.]. М: Машиностроение-1, 2001. 912 с.
7. Горбацевич А.Ф., Шкред В.А. Курсовое проектирование по технологии машиностроения: учеб. пособие для вузов. М.: ООО ИД «Альянс», 2007. 256 с.
Бобков Михаил Николаевич, д-р техн. наук, профессор, dotdash2080@gmail. com, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Бочкова Дина Евгеньевна, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
CALCULATION OF THE CURVATURE OF A ROLLED BILLET WHEN IT IS CANTILEVERED IN THE
CHUCK
M.N. Bobkov, D.E. Bochkova
One of the components of the allowance for machining of the workpiece, taking into account the spatial geometric deviations of the surface of the workpiece, is its curvature. It is shown that a number of literary sources for calculating the curvature of the workpiece during its cantilever installation in the chuck present dependences that give significant differences in the results of calculations. A formula for the exact determination of the curvature of the workpiece during its cantilever installation is proposed.
Key words: workpiece blank, machining allowance, allowance components, workpiece curvature.
Bobkov Mikhail Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, dotdash2080@gmail. com, Russia, Tula, Tula State University,
Bochkova Dina Evgenevna, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.981.12
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-4-365-372
РАЗРАБОТКА ЦИФРОВОГО ДВОЙНИКА ПРЕССА ДЛЯ КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНОГО
ПРОИЗВОДСТВА
Д.И. Воробьев, А.О. Кузин, Я.А. Ерисов
В данной статье рассматривается методика создания цифрового двойника кривошипного пресса для кузнечно-штамповочного производства. По разработанной методике получена детализированная 3D модель кривошипного пресса, которая наглядно демонстрирует кинематику движения всех рабочих элементов. В программном продукте Blender выполнена анимация работы кривошипного пресса с учетом инверсной кинематики и ограничений движения всех кинематических пар. С помощью программного обеспечения для компьютерных игр Unreal Engine 4 спроектировано виртуальное пространство, которое имитирует рабочее пространство цеха, а также, используя визуальный скриптинг через Blueprints, определена логика взаимодействия игрового персонажа обучающегося с объектами в виртуальном пространстве. Написана программа запуска анимации работы кузнечно-штамповочного оборудования в режиме одиночного хода по нажатию на кнопку запуска. По результатам работы сделаны выводы, что применение виртуальных тренажеров кузнечно-штамповочного оборудования, которые сохраняют наглядность реального образца, а также полностью имитировать его работу, могут способствовать повышению качества процесса обучения сотрудников на производстве, а также студентов образовательных организаций, и снизить показатели травматизма, возникающие в процессе обучения.
Ключевые слова: кривошипный пресс; виртуальная реальность, 3D моделирование, цифровой двойник, программирование, анимация.
На сегодняшний день в нашей стране успешно функционирует более 3850 предприятий и учебных заведений, которые реализуют или изучают процессы обработки металлов давлением (ОМД) [1]. Для реализации большинства технологических процессов ОМД применяется сложное и
365
