CC BY
0
УДК 621.73.01
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-5-398-399
СРАВНЕНИЕ МЕТОДОВ ПОЛУЧЕНИЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ
С ФЛАНЦЕВОЙ ЧАСТЬЮ
Ю.С. Аникеева
Одной из наиболее встречаемых технологий получения металлических деталей является штамповка. Штамповка представляет собой группу методов, которые заключаются в том, что металлическая заготовка подвергается деформационным изменениям по средствам оказываемого давления. Однако даже при выборе способа получения изделия, то есть в данном случае это обработка металлов давлением, существуют различные методы, которыми можно получить это изделие. В настоящей работе рассматривается получение детали типа стержня, у которого имеется горизонтальная площадка с одной из сторон в виде фланца. Оцениваются два способа холодной объемной штамповки для получения такого изделия, а именно высадка и поперечное выдавливание. В работе описываются технологические процессы и результат компьютерного моделирования получения таких деталей. Исследование проводится при помощи специальных компьютерных программ конечно-элементного анализа, где анализируются технологические силы и формы получаемых деталей. Приводятся изображения смоделированных форм изделия и графики технологических сил. Делаются выводы о том, какой метод штамповки лучше использовать для изготовления требуемой детали.
Ключевые слова: цилиндрическое изделие, фланцевая часть, технологическая сила, форма детали, компьютерное моделирование.
Металлические изделия можно изготавливать с применением различных методов. Наиболее распространенными на данный момент является ковка с штамповкой, обработка резанием, литье, также в последнее время начала набирать обороты аддитивная технология изготовления. Поэтому вопрос, связанный с выбором оптимального метода, остается открытым. Наиболее часто выбор обосновывается экономическими мотивами (стоимость оборудования, цена изделия, коэффициент использования металла, требуемый объем производства), технологической возможностью получения изделия, а также требуемыми физико-механическими параметрами детали [1-3]. Одной из наиболее встречаемых технологий является штамповка. Штамповка представляет собой группу методов, которые заключаются в том, что металлическая заготовка подвергается деформационным изменениям по средствам оказываемого давления. Одним из главных преимуществ штамповки является ее высокая скорость производства деталей. Благодаря автоматизации процесса штамповки, большие объемы металла могут быть преобразованы за короткий промежуток времени в готовые изделия. Этот факт позволяет применять штамповку в качестве метода для серийного и массового производства. Благодаря высокой скорости, точности и возможности создания сложнопрофильных изделий, штамповка продолжает оставаться одним из наиболее распространенных методом производства металлических изделий [4-5]. Несмотря на все преимущества, штамповка также имеет ряд ограничений. Например, размер изделия может быть ограничен в связи с ограниченными размерами штампа и пресса. Кроме того, штамповка может быть дорогим методом обработки, если требуется получение штучных изделий.
Существует номенклатура изделий, которые представляют собой тела вращения и, имеющие относительно простой профиль поперечного сечения. К таким деталям относятся цилиндрические детали с выступающим пояском. Такие изделия из стали можно получить литьем и штамповкой, потому что резание не применяется из-за высокого отхода металла и высокой трудоемкости. Аддитивные технологии не способны на данный момент получить качественное изделие быстро. Однако в данном случае рассматривается массовое производство, поэтому выбор был сделан в пользу штамповки.
Однако даже при выборе способа получения изделия, то есть в данном случае это обработка металлов давлением существуют различные методы, которыми можно получить это изделие. В данном случае рассмотрим изготовление двумя методами холодной объемной штамповки: 1 - высадка, 2 - поперечное выдавливание. Интерес представляет конечная форма изделия и технологическое усилие штамповки, поэтому был выбран метод исследования с помощью компьютерного моделирования [6-10]. Были выбраны две одинаковые по форме и размерам заготовки из стали 10, которые были формоизменены при аналогичных начальных условиях, менялись только формы инструмента и тип штамповки. Так в результате операции высадки было получено изделие (рис. 1, а), которое по форме повторяет ожидаемую.
При выдавливании форма изделия получилась с дефектами во фланцевой части, в которой наблюдаются коробления. Поэтому было выбрано не открытое выдавливание, а выдавливание с подпором, что фактически представляет собой закрытую штамповку. В результате чего получалась деталь (рис. 1), которая по форме соответствует требуемой. Поэтому эти два метода будут далее анализироваться на предмет технологического усилия штамповки, соответствующий график приведен на рисунке 2.
График представляет собой 2 кривые, каждая из которых соответствует типу операции. 1 тип -высадка, 2 тип - выдавливание поперечное. В данном случае высадка характеризуется плавным возрас-
Технологии и машины обработки давлением
танием силы, в то время как при выдавливании наблюдаются колебания и относительно резкий скачек требуемого усилия в конце рабочего хода. Максимальные силы при этом отличаются не столь значительно, примерно на 10%.
Рис. 1. Получаемые изделия
Рис. 2. График технологического усилия штамповки (кН) от рабочего хода (мм)
Таким образом компьютерным моделированием было установлено, что оба варианта могут использоваться для изготовления детали типа стержня, при этом технологическая сила штамповки практически не отличается, поэтому для выявления более оптимального метода требуются дополнительные исследования.
Список литературы
1. Основы технологии машиностроения. / Под ред. B.C. Корсакова. Изд. 3-е, доп. и перераб.: Учебник для вузов - М.: Машиностроение, 1977. -416 с.
2. Справочник технолога - машиностроителя. / Под ред. А.Г. Косиловой, Р.К. Мещерякова. -М.: Машиностроение, 1985. T.I - 656 с., Т.2 - 496 с.
3. Технологичность конструкции изделия: Справочник / Т.К. Алферова и др.; Под общ. ред. Ю.Д. Амирова. - М.: Машиностроение, 1990. -768 с., ил.
4. Ковка и штамповка: Справочник. В 4-х т./ Ред. совет: Е.И. Семенов (пред.) и др. - М.: Машиностроение, 1985.- Т.1. Материалы и нагрев. Оборудование. Ковка./ Под ред. Е.И. Семенова, 1985. 568 с.
5. Колмогоров В. Л. Механика обработки металлов давлением / В. Л. Колмогоров. Екатеринбург : Изд-во Урал. гос. техн. ун-та УПИ, 2001. 836 с.
6. Ma L. J., Li C., Cao X. B., Gong Y. D. Numerical simulation of cutting force based on GA and DEFORM in turning ceramics // Journal of Northeastern University. 2014. Vol. 35, No. 12. P. 1773-1777. EDN: UVCYDJ.
7. Решетникова Е. С., Минаева Н. М. Компьютерное проектирование в инженерном комплексе Deform 3d // Наука: научно-производственный журнал. 2014. № S4-2. С. 122-124. EDN: BVEILH.
8. Биба Н. В., Лишний А. И., Стебунов С. А. Расчет инструмента и технологии прессования профилей с помощью программы QForm // Цветные металлы. 2008. № 10. С. 83-87. EDN KUAATF.
9. Романов П.В., Ремнев К.С. Оценка характера течения металла при высадке титановых прутковых заготовок // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2023. № 3. С. 120-124. DOI: 10.24412/2071-6168-2023-3-120-124. EDN: YZHSEK.
10. Glushko A. I., Neshcheretov I. I. Mathematical models of damaged elastic media that deform differently under tension and compression // Quarterly Journal of Mechanics and Applied Mathematics. 2012. Vol. 65, No. 3. P. 373-387. EDN: RGLXWF.
Аникеева Юлия Сергеевна, магистрант, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет.
Научный руководитель: Бессмертная Юлия Вячеславовна, канд. техн. наук, доцент, Россия, Тула, Тульский государственный университет
COMPARISON OF METHODS FOR PRODUCING CYLINDRICAL PARTS WITH A FLANGED PART
J. S. Anikeeva
One of the most common technologies for producing metal parts is stamping. Stamping is a group of methods that consist in the fact that a metal workpiece is subjected to deformation changes by means of applied pressure. However, even when choosing a method for obtaining a product, that is, in this case, it is the processing of metals by pressure, there are various methods by which this product can be obtained. In this paper, we consider obtaining a part of the rod type, which has a horizontal platform on one side in the form of a flange. Two methods of cold forging are being evaluated to obtain such a product, namely upsetting and transverse extrusion. The paper describes the technological processes and the result of computer simulation of obtaining such parts. The study is carried out with the help of special computer programs for finite element analysis, where the technological forces and shapes of the parts obtained are analyzed. Images of the modeled forms of the product and graphs of technological forces are given. Conclusions are drawn about which stamping method is best used to manufacture the required part.
Key words: cylindrical product, flanged part, technological force, part shape, computer simulation.
Anikeeva Julia Sergeevna, student, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Scientific advisor: Bessmertnaya Yulia Vyacheslavovna, candidate of technical science, docent, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.73.01
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-5-400-401
НАПРЯЖЕННОЕ И ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРИ ПОЛУЧЕНИИ ИЗДЕЛИЯ
ТИПА «СТАКАН»
А.И. Гасанов
Штамповка имеет широкое применение в различных отраслях промышленности, таких как автомобильное производство, авиационная и космическая промышленность, машиностроение и др. Штамповка металлов является одним из наиболее распространенных методов производства металлических деталей. Благодаря этому, штамповка находит широкое применение в массовом и серийном производстве различных деталей. Для этого процесса характерна высокая производительность, высокое качество и точность получаемых изделий. Одной из наиболее используемых группой материалов в обработке давлением являются алюминиевые сплавы, которые нашли широкое применение за счет особых механических и физических свойств. Поэтому в данной работе проводится исследование получения алюминиевой детали из цилиндрической заготовки методом обратного выдавливания. Проводится оценка напряженно-деформированного состояния полуфабриката при формоизменении разными видами пуансонов. Приводятся распределения интенсивности напряжений и деформаций, средних напряжений. Описывается схема распределения и определяются наибольшие полученные величины. Делаются выводы о том, как форма инструмента влияет на напряженное и деформированное состояние при обратном выдавливании.
Ключевые слова: напряжения, деформации, средние напряжения, обратное выдавливание, пластическое формоизменение, алюминиевые сплавы.
Металлы и сплавы находят применение в различных областях и отраслях промышленности. Особенно они необходимы при производстве деталей и компонентов многих устройств, машин и оборудования [1]. Одним из самых распространенных металлов, используемых в промышленности, является алюминий. Алюминий - легкий, прочный и долговечный металл, который широко используется в виде
