CC BY
5
With the help of computer simulation in the program for the study of stamping processes, the operation of extruding a part with a complex cross-sectional shape is studied. Several main parameters of the process are evaluated numerically: stress intensity, strain intensity, maximum billet temperature, average stresses, minimum and maximum compressive stresses during the part extrusion operation. Their largest or smallest values are given to identify regularities about the influence of the shape factor on the characteristics under study. The results of computer simulation of plastic forming are presented. A feature of the study is that stamping is carried out from blanks of different shapes, which makes it possible to evaluate and identify the best shape of the original blank. Conclusions are drawn about the influence of the shape of the workpiece on the magnitude of stresses, deformations, technological forces, as well as the temperature in the workpiece. In conclusion, we are talking about which workpiece, or rather its original shape, is best used for stamping a part with a complex shape by hot volumetric extrusion.
Key words: extrusion, research, stamping, stresses, deformations, temperature, modeling.
Alekseev Aleksandr Vladimirovich, undergraduate, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.73.01
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-4-441-444
ВЛИЯНИЕ ТРЕНИЯ НА ПРОЦЕСС ИЗГОТОВЛЕНИЯ АСИММЕТРИЧНОЙ ДЕТАЛИ ПЛАСТИЧЕСКИМ ФОРМОИЗМЕНЕНИЕМ
К.А. Березина
В работе рассматривается операция получения детали, не имеющей симметрии, и представляющей собой изделие с дном и выступом на стенке. Оценивается влияние трения на процесс получения такой детали при использовании метода холодного объемного выдавливания в открытом штампе. Штамп в работе ограничен матрицей и пуансоном для выдавливания, то есть всего использовалось 2 инструмента. Заготовка и соответственно деталь выполняются из алюминиевого сплава АМг3. Исследование выполняется с помощью компьютерного моделирования в программе для оценки различных операций обработки металлов давлением. Анализируется влияние трения, а именно коэффициента трения, на технологическую силу процесса, форму конечно полуфабриката, а также на характер деформаций при различных значения величины трения Кулона. Делаются выводы о том, как численно и качественно влияет коэффициент трения Кулона на некоторые характеристики обратного холодного выдавливания цилиндрической алюминиевой заготовки при помощи необходимой штамповой оснастки. Установлены закономерности влияния коэффициента трения на силу, требуемую для формоизменения детали, в которой отсутствует осевая симметрия.
Ключевые слова: сила, штамповка, объемная штамповка, трение, Кулон, нагрузка, течение, пластическая деформация.
Изготовление асимметричных деталей является сложной задачей, и обработка давлением иногда является наилучшим методом получения деталей, не имеющих симметрии, с точки зрения производительности и микроструктуры [1-2]. Это распространяется и на изделия из черных металлов, и на продукцию из цветных.
Такие детали используются в транспортном и общем машиностроении, авиакосмической отрасли, в строительстве и других отраслях и имеют различное назначение, которое может быть: в качестве втулок, крепежных элементов, упоров, опорных элементов и пр.
В большинстве случаев подобные детали изготавливают объемной штамповкой: горячей или холодной, но в связи с тем, что горячая обработка является более тру-дозатратной и менее производительной, то зачастую используют именно деформацию без нагрева заготовки. При этом важной частью обработки металлов давлением является трение, которое может меняться в зависимости от вида смазки или, при ее отсутствии, от соприкасающихся материалов.
Поэтому исследование влияния силы трения на технологическую силу объемной штамповки, характер и направление течения материала и на конечную форму изделий является актуальной и значимой задачей для построения правильного технологического оборудования и правильного выбора смазочных материалов. В данной работе и будет проводиться такое исследование на примере холодного обратного выдавливания в открытом штампе. Для этого было проведено компьютерное моделирование в программе QForm, которая позволяет оценить силу и течение материала при пластическом формоизменении [3-10]. Была выбрана заготовка, которая изготовлена из алюминиевого сплава АМг3, который является весьма распространенным. Трение бралось по закону Кулона, а для исследования его влияния были выбраны следующие его значения: 0, 0,1 и 0,3.
Сначала анализируется форма полученного изделия, образующаяся при штамповке (рис. 1).
Г
1
а
Рис. 1. Форма конечного изделия при разном коэффициенте трения:
а - 0; б - 0,1; в - 0,3
б
в
Как видно из рисунков, коэффициент трения оказывает значительное влияние на форму изделия. Было установлено, что при коэффициенте трения 0,3 форма получаемого изделия получается такой, какой и была изначально запланирована, при этом основная часть материала перераспределяется во внутреннюю полость пуансона. При остальных коэффициентах трения Кулона наблюдается неправильная форма изделия, происходит искажение нижней части полуфабриката, а именно дна. В случае отсутствия трения металл перераспределяется в основном на наружную часть.
Далее исследовались технологические силы, на рис. 2 приведены кривые графика технологической силы в зависимости от времени формоизменения при разных трениях.
Как и предполагалось, при увеличении коэффициента трения возрастает технологическое усилие штамповки. Так при увеличении коэффициента трения с 0 до 0,3 сила возрастает на 20%. При этом кривые силы имеют одинаковый характер изменения и роста.
1000 900 800 700
х 600
а:
га" 500 ■s
5 400
300 200 100 о
Рис. 2. График технологической силы
Таким образом было установлено, что коэффициент трения оказывает существенное влияние на технологический процесс обратного холодного выдавливания. В том числе трение влияет на форму полученного изделия. В данном случае при небольших коэффициентах трения происходит деформационное изменение дна, что по задумке не должно происходить. Помимо этого, с увеличением коэффициента трения растет нагрузка, в данном случае рост составил более 20%. Также было установлено, что при отличающихся коэффициентах трения по-разному происходит перераспределение материала заготовки, а именно меняется интенсивность и направление течения металла.
Список литературы
1. Березина К. А. Изготовление асимметричных изделий выдавливанием // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. Вып. 2. С. 11-14.
2. Алексеев А. В., Хрычев И. С. Прямое холодное выдавливание кольцевой оболочки // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. Вып. 2. С. 14-18.
3. Богданов С.Б. Штамповка втулки при различных температурных режимах // Всероссийская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Современные технологии обработки металлов и средства их автоматизации» (12 октября 2021 г.): сборник тезисов. Тула: Изд-во ТулГУ, 2021. С. 9.
4. Грибачев Я.В. Исследование растягивающих и сжимающих напряжений при комбинированном выдавливании // Инициативы молодых - науке и производству: сборник статей II Всероссийской научно-практической конференции для молодых ученых и студентов. Пенза: РИО ПГАУ, 2021. С. 49-51.
5. Каркач Л.В. Анализ средних напряжений при объемной штамповке ступенчатой детали // Лучшие студенческие исследования: сборник статей VII Международного научно-исследовательского конкурса, Пенза, 10 апреля 2022 года. Пенза: Наука и Просвещение, 2022. С. 35-37.
6. Каркач Л.В. Анализ процесса получения ступенчатой детали // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып. 12. С. 138141.
7. Поцелуев К.О. Особенности конструкции оснастки для прямого выдавливания корпусов из цветных металлов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2019. Вып. 5. С. 341-344.
8. Larin S.N., Platonov V.I., Yakovlev S.S. Pnevmoformovka elements cellular multilayer sheet construction square cross-section of anisotropic materials at creep // Forging and Stamping Production. Processing of Materials by Pressure. 2015. No 10. P. 27-36.
443
r
f
0,03 0,06 0,09 0,12 0,15 0,18 0,21 0,24 0,27 Время, секунды
9. Яковлев С.С., Леонова Е.В. Оценка повреждаемости при деформировании стрингерных конструкций в условиях кратковременной ползучести // XLII Гагаринские чтения: Материалы Международной молодежной научной конференции. М.: Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук, 2016. С. 101.
10. Бессмертная Ю.В., Яковлев С.С., Исаева А.Н. Оценка влияния характеристик рабочего инструмента на силу вытяжки глубоких коробчатых изделий // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2017. Вып. 3. С. 49-55.
Березина Ксения Алексеевна, студентка, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет.
INFLUENCE OF FRICTION ON THE PROCESS OF MANUFACTURING ASYMMETRIC
PART BY PLASTIC MOLDING
K.A. Berezina
The paper considers the operation of obtaining a part that does not have symmetry, and which is a product with a bottom and a protrusion on the wall. The effect of friction on the process of obtaining such a part is evaluated using the method of cold volumetric extrusion in an open die. The stamp in work is limited by a matrix and a punch for extrusion, that is, a total of 2 tools were used. The blank and, accordingly, the part are made of aluminum alloy AMg3. The study is carried out using computer simulation in a program for evaluating various metal forming operations. The influence of friction, namely the coefficient of friction, on the technological force of the process, the shape of the final semi-finished product, as well as on the nature and rate of deformations at various values of the Coulomb friction is analyzed. Conclusions are drawn about how numerically and qualitatively the Coulomb friction coefficient affects some characteristics of reverse cold extrusion of a cylindrical aluminum billet using the necessary die equipment. The regularities of the influence of the coefficient of friction on the force required for the shape change of a part in which there is no axial symmetry are established.
Key words: force, forging, forging, friction, Coulomb, load, flow, plastic deformation.
Berezina Ksenia Alekseevna, undergraduate, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-4-444-451
КЛАССИФИКАЦИЯ ОРИГАМИ-ЦИЛИНДРОВ
И.А. Юраскова
Рассмотрено разнообразие форм поверхностных структур, способных изменить жесткость цилиндрического изделия, в частности заполнение двумерного пространства многоугольниками (задача замощения). Классифицированы однородные паркеты по форме плиток, создана типология оригами-цилиндров.
Ключевые слова: паркет, паттерн, развертка, оригами-цилиндр.
В ранее опубликованных работах [1, 2] доказана эффективность использования алюминиевых сплавов при изготовлении тары и упаковки для сельскохозяйственной продукции в условиях развития экономики замкнутого цикла, подразумевающей
444
