CC BY
1
The paper presents images of the obtained parts and graphs of the dependence of the technological force on the movement of the punch for both types of tools. The simulation results demonstrate significant differences in the geometry of the parts and the nature of the change in the stamping force when using different punches. The article also provides an overview of a wide range ofparts produced by stamping in various industries. The advantages of stamping as a method ofproducing metal parts are described. The research is carried out using computer simulation software. Conclusions are drawn about the influence of the shape of the working edge of the tool on the final data.
Key words: stamping production, metal products, stamping force, working tools, metal forming, computer modeling.
Mosyagin Ilya Vladimirovich, student, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.7.043
DOI: 10.24412/2071-6168-2024-7-607-608
ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА КАЧЕСТВО НЕРАЗЪЕМНОГО СОЕДИНЕНИЯ, ПОЛУЧЕННОГО
ПЛАСТИЧЕСКИМ ДЕФОРМИРОВАНИЕМ
Е.А. Галактионова, П.А. Петров
В данной статье представлен анализ факторов, оказывающих влияние на формирование неразъемного соединения двух металлов. Рассмотрено типовое неразъемное соединение, изготавливаемое из углеродистых сталей разных марок и имеющее применение в машиностроении в конструкции узлов транспортных средств. На основе причинно-следственного анализа выделены группы причин, влияющие на качество неразъемного соединения. Для каждой группы причин выделены параметры, от взаимодействия которых друг с другом зависит проявление либо отсутствие нежелательных эффектов, определяющих качество изделия.
Ключевые слова: неразъемное соединение, пластическая деформация, соединения методами пластического деформирования, компьютерное моделирование
Неразъемные соединения, изготовленные методами обработки давлением, находят своё применение в машиностроении [1-8]. Выделяются два направления в обработке давлением: формообразование изделий из листового проката (в основном прокаткой) и формообразование изделий из сортового проката (прокаткой, волочением, объемным деформированием в условиях холодной либо горячей деформации и т.п.) [1, 7]. Возможна реализация и комбинированной схемы формообразования неразъемного соединения путем соединения заготовок, полученных из листового и сортового проката [1, 9, 10].
Несмотря на то, что практика производства неразъемных соединений (биметаллы и изделия из них) известна с середины ХХ века, теория их производства несколько отстает от практики. Это влияет на дальнейшее возможное совершенствование технологии изготовления неразъемных соединений методами обработки металлов давлением; повышает себестоимость соединений и снижает их качество. Напротив, переход от изделий из однородных металлов, изготовленных методами обработки давлением, к неразъемным соединениям позволяет снизить расходы на дорогостоящие материалы и вес готового изделия; получать заготовки, приближенные по размерам к готовой детали, что приводит к снижению трудозатрат на организацию производства и себестоимость изделия.
Исследуемое неразъемное соединение состоит из бобышки и фланца. Бобышка - прокат круглого сечения определенной длины и диаметра; фланец - листовой прокат в виде шайбы с профильным центральным отверстием. Особенностью формообразования неразъемного соединения (см. рисунок 1) является совместная пластическая деформация разных металлов, выполняемая за один рабочий ход пресса. Материал бобышки углеродистая сталь 20; фланца - углеродистая сталь 45. Допускаются и иные марки углеродистых и низколегированных сталей для вышеназванных конструктивных элементов.
Бобышка
Фпанеи
Неразъемное соединение
Фланец
Рис. 1. Неразъемное соединение
607
Формирование неразъемного соединения осуществляется в штампе осадкой бобышки при комнатной температуре, при этом бобышка располагается в центре профильного отверстия фланца (рисунок 1). Таким образом, за счет совместной пластической деформации двух металлов формируется биметаллическое соединение.
Целью данной работы является анализ параметров, влияющих на качество неразъемного соединения (рисунок 1), изготовленного совместной пластической деформацией двух разных металлов. Характеристиками качества неразъемного соединения на этапе контроля готовых изделий являются следующие параметры: предел прочности на срез, величина люфта в неразъемном соединении, диагностика дефектов (трещин) на изделии и в зоне контакта двух металлов, величина отклонения контролируемых размеров полю допуска, заданному чертежом изделия, величина неплоскостности фланцевой части, диффузия (растворение) границы соединения в общем объеме соединяемых металлов. Обеспечение данных параметров является актуальной проблемой предприятия, решение которой может быть связано с совершенствованием технологии производства методами обработки давлением.
Для технологии обработки давлением параметрами качества, определяющими уровень развития технологии производства, могут быть выбраны: величина отклонения контролируемых размеров полю допуска, заданному чертежом штамповки; диагностика дефектов (скрытых и видимых на поверхности); стойкость штампового инструмента; прочность сцепления биметалла.
Причинно-следственный анализ параметров, оказывающих влияние на качество соединения. На ход и результаты процесса формообразования неразъемного соединения (см. рисунок 1) влияют многочисленные факторы, по-разному взаимодействующие друг с другом. Некоторые из факторов приводят к появлению нежелательных эффектов, мешающих достичь требуемых значений вышеописанных параметров качества.
Рис. 2. Причинно-следственная диаграмма Исикавы
Для анализа и формирования взаимосвязей между нежелательным эффектом и его причинами в данной статье применяется графический инструмент - причинно-следственная диаграмма Исикавы [11]. В соответствии с данным инструментом выделяют пять групп причин: человек, оборудование, метод (технология), материал, окружающая среда. Группа «оборудования» может также включать формообразующий инструмент (штамп). Каждая из этих пяти основных причин может быть декомпозирована и выделены дополнительные причины в пределах одной группы - параметры.
В работе Г.Э.Аркулиса [1] посвященной систематизации опытных данных и основам теории совместной пластической деформации разных металлов, рассматриваются: химический состав и структура соединяемых металлов, характеристики их механических свойств (предел текучести, предел прочности), соотношение размеров металлов в зоне соединения, коэффициент (фактор) внешнего и межслойного трения, размер очага деформации, величина деформации за один рабочий ход оборудования, состояние контактной поверхности двух соединяемых металлов, их тепловое расширение, особенности переходного слоя между соединяемыми металлами, термомеханические условия деформирования, условия нагрева, контактного давления на контактной поверхности двух соединяемых металлов и на контактной поверхности каждого из металлов с деформирующим инструментом, соотношение размеров исходных заготовок соединяемых металлов.
Распределим вышеперечисленные параметры по пяти группам диаграммы Исикавы. На рисунке 2 показана получившаяся причинно-следственная диаграмма.
В зависимости от фактора, определяющего качество неразъемного соединения после его изготовления пластической деформацией, могут быть выделены различные группы причин, приводящих к нежелательному эффекту (см. рисунок 3).
Отсутствие продувки рабочих поверхностей пуансонов
Размер очага деформации
Величина деформации за один рабочий ход
Термомеханические условия деформирования
Состояние поверхности
Размер заготовки
Характеристики механических свойств
Контактное трение на границе
\1 соединения двух металлов
Наладка штампа
Размер формообразующих поверхностей
Контактное давление на поверхности
Структура материала
Соотношение размеров заготовок
Низкая стойкость штампов
Контактное трение на границе «штамп»-
«заготовка»
нежелательный эффект низкая стойкость штампа
Отсутствие продувки рабочих поверхностей пуансонов
Термомеханические условия деформ ирован ия
Размер очага | деформации |
Величина деформации за один рабочий ход ■
Состояние поверхности
Химический состав
Характеристики механических свойств
Наладка штампа
Размер формообразующих поверхностей
Контактное трение на границе соединения двух металлов
Структура материала
Соотношение размеров за готовок
Наличие дефектов
Контактное трение на границе «штамп»-«заготовка»
нежелательный эффект: наличие дефектов
Размер очага деформации
Термомехлнические условия деформирования
Состояние поверхности
Размер формообразующих поверхностей
Контактное давление на поверхности
Контактное трение на границе соединения двух металлов
Структура материала
Соотношение размеров заготовок
нежелательный эффект: наличие зазоров по контактной поверхности соединяемых металлов
Размер очага | деформации |
Величина деформации за один рабочий ход и,
Контактное трение на границе соединения двух металлов
Структура материала
Соотношение размеров заготовок
Несоответствие
размеров неразъемного соединения чертежу изделия
I
нежелательный эффект: несоответствие размеров чертежу штамповки Рис. 3. Причинно-следственная диаграмма Исикавы
Выводы. Как показывает выполненный анализ параметров, влияющих качество неразъемного соединения, получаемого в результате совместной пластической деформации двух металлов наиболее сильное влияние должны оказывать параметры, относящиеся к группам причин: инструмент (штамп), метод (технология), материал. На основе диаграмм, показанных на рисунке 3, могут быть спланированы эксперименты (физические и вычислительные) для исследования закономерностей параметров, характеризующих процесс совместной пластической деформации разных металлов, в том числе углеродистых сталей разных марок.
Список литературы
I.Аркулис Г.Э. Совместная пластическая деформация разных металлов. М.: Изд-во Металлургия, 1964.
272 с.
2.Чеканов М.А., Титов И.А. Совершенствование технологии сборки неразъемных соединений пластическим деформированием соединяемых элементов // Ползуновский вестник, 2. 2006. С. 186-189.
3.Коржова О.П. Технология формообразования и сборки профильных неподвижных и подвижных соединений: автореф. дис. канд. техн. наук: 05.03.01Ю.П.Коржова. Омск, 2008. 19 с.
4.Groche P., Wohletz S., Brenneis M., Pabst C., Resch F. Joining by forming - A review on joint mechanisms, applications and future trends // Journal of Materials Processing Technology, 214(10). 2014. 1972-1994.
5.Mori K., Abe Y. A review on mechanical joining of aluminium and high strength steel sheets by plastic deformation. // International Journal of Lightweight Materials and Manufacture, 2018. 1(1). P. 1-11.
6.Носков Ф.М. Структурообразование в зоне контакта металлов при совместной пластической деформации: монография / Ф.М. Носков, Л.И. Квеглис, М.Б. Лесков. Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2019. 200 c.
7.Meschut G., Merklein M., Brosius A., et al. Review on mechanical joining by plastic deformation. // Journal of Advanced Joining Processes, 5, 2022. 100113.
8.Kasaei M.M., Beygi R., Carbas R.J.C., Marques E.A.S., da Silva L.F.M. A review on mechanical and metallurgical joining by plastic deformation. // Discover Mechanical Engineering 2:5, 2023.
9.Afonso R.M., Alves L.M., Martins P.A.F. Joining by boss forming of rods and tubes to sheets. // Journal of Advanced Joining Processes, 1, 2020. 100001.
10. Галактионова Е.А. Исследование процесса соединения заготовок пластическим деформированием. Выпускная квалификационная работа магистра. М.: Московский политех, 2023. 84 с.
II. Андерсен Б., Фагерхоуд Т. Анализ основной причины. Упрощенные инструменты и методы. ASQ Quality Press, 1999. 156 с.
Галактионова Екатерина Алексеевна, аспирант, ekaterina.mospu@mail. ru, Россия, Москва, Московский политехнический университет,
Петров Павел Александрович, канд. техн. наук, доцент, petrov [email protected], Россия, Москва, Московский политехнический университет
SELECTION OF PARAMETERS AFFECTING THE QUALITY OF PERMANENT JOINTS BY PLASTIC DEFORMATION
E.A. Galaktionova, P.A. Petrov
This article presents an analysis of the factors influencing the formation of a permanent connection between two metals. A typical permanent joint, made from carbon steels of different grades and used in mechanical engineering in the design of vehicle components, is considered. Based on cause-and-effect analysis, groups of causes affecting the quality of permanent joints have been identified. For each group of reasons, parameters are identified, the interaction of which with each other determines the manifestation or absence of undesirable effects that determine the quality of the product.
Key words: non-displacement joints, plastic deformation, joints by plastic deformation methods, quality ofjoints.
УДК 621.7.043
Б01: 10.24412/2071-6168-2024-7-610-611
РАЗРАБОТКА КОМПЬЮТЕРНОЙ МОДЕЛИ ПРЯМОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ В СФЕРИЧЕСКУЮ МАТРИЦУ
С.П. Рулин, П.А. Петров
В данной статье выполнен анализ малоизученного процесса - прямого выдавливания в матрицу со сферической формообразующей поверхностью. Рассмотрены особенности очага деформации, формируемого в заготовке алюминиевого сплава. При разработке компьютерной модели процесса прямого выдавливания в качестве материала принят алюминиевый сплав АД (ГОСТ 4784-2019). Подробно изложены допущения и описаны исходные данные, принятые при разработке компьютерной модели. Приводятся основные результаты расчета исследуемого процесса с применением разработанной компьютерной модели. Адекватность расчетов проверена по результатам натурного эксперимента.
Ключевые слова: прямое выдавливание, холодная объемная штамповка, математическое моделирование, компьютерная модель, алюминиевый сплав, сопротивление деформации, напряженно-деформированное состояние
Теоретические исследования процесса выдавливания проводились отечественными учеными: А.Г. Овчинниковым, В.А. Головиным, И.П. Рене, М.В. Сторожевым, Е.А. Поповым, Л.Г. Степанским, А.Д. Томленовым, Е.П. Унксовым, А.К.Евдокимовым, А.М.Дмитриевым, А.Л.Воронцовым, В.В. Евстифеевым, Л.Д.Олениным, Г.М.Журавлевым, В.А.Мишуниным и др.
610
