CC BY
2
Yakovlev Sergey Sergeevich, assistant, [email protected], Russia, Tula, Tula State University, Galkin Yuri Sergeevich, postgraduate, dock13@mail. ru, Russia, Tula, Tula State University, Gribachev Yaroslav Vasilevich, postgraduate, yarosl71@bk. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.7.043
DOI: 10.24412/2071-6168-2024-3-238-239
АНАЛИЗ СИЛОВЫХ РЕЖИМОВ ПРИ ФОРМИРОВАНИИ ВНУТРЕННИХ ВЫСТУПОВ
НА КОНИЧЕСКОЙ ОБОЛОЧКЕ
П.В. Романов, О.М. Герасимова
В статье рассмотрена операция формирования утолщения на внутренней поверхности конического полуфабриката. Целью операции является обеспечение достаточной жесткости детали для работы в жестких условиях эксплуатации. Детали, получаемые в процессе формоизменения предполагается использовать в качестве корпусов в изделиях ответственного назначения. Выполнено моделирование в cae-системе в целях оценки изменения силовых режимов при выдавливании внутренних ребер. Получены графические зависимости. Определены рациональные режимы штамповки.
Ключевые слова: формообразование, сила, конические оболочки, выдавливание.
Корпусные пустотелые детали с внутренними оребрениями часто используются в качестве корпусов в изделиях ответственного назначения. Внутреннее оребрения необходимо для обеспечения жесткости детали для работы в жестких условиях эксплуатации. При деформировании титановых сплавов возникают значительные силы. Ввиду этого вопрос оценки сил при формообразовании является очень актуальным. Ввиду этого выполнено моделирование в комплексе DEFORM в целях анализа изменения силовых режимов. В процессе моделирования варьировалась скорость деформирования 5.. .40 мм/мин; коэффициент контактного трения 0,3.. .0,7; наружный радиус полости пуансона гп =117.121 мм и высота формируемого утолщения h = 45 мм. Больший диаметр заготовки 300 мм. Угол конусности а = 5°. Угол конусности заготовки 10°. Толщина стенки 15 мм. На рисунке 1 даны схемы процесса.
1
Рис. 1. Схема процесса
Выполнена оценка изменения силы при формообразовании в протяжении процесса (в зависимости от относительной величины хода инструмента к) формирования ребра жёсткости для разных значений относительной толщины выступа на деформирующем пуансоне Ь = (0п — Ог)/Ь скоростями деформирования У0 = 5 мм/мин и У0 =40 мм/мин.
Р,кН
1 2
0,2 0,4 0,6 0,8
Р.кН
Р,кН
Рис. 2. График изменения сил от величины ]г: а - Ь = 0,55; б - Ь = 0,4; в - Ь = 0,25; 1 - У0 = 5 мм/мин;
2 - У0 = 40 мм/мин
а
Увеличение значения относительной толщины выступа Ь = (Оп — Ог)/Ь до значений Ь = 0,35приводит к снижению величины силы, а затем к ее росту. Изменение силы в зависимости от относительной величины хода инструмента носит сложный характер. До достижения значения к=0,6.0,65 сила плавно возрастает, затем наблюдется резкое падение силы (к=0,65 .0,7), что связано с истечением металла в полость пуансона. При величинах к, больших 0,7 сила вновь начинает расти и достигает максимальных значений.
На рис. 3 дан график изменения силы формообразования от относительной толщины выступа Ь = (Оп — Ог)/Ь для разных значений контактного трения.
Технологии и машины обработки давлением
Рис. 3. График изменения силы формообразования от Ь = (Вп — В 1)/£: 1 - ^ = 0,3; 2 - ^ = 0,7
Установлено, что с ростом величины Ь с 0,25 до 0,37 происходит снижение силы штамповки на 14 %. В интервале Ь =0,4 до 0,5 наблюдается рост сил на 16 %. Увеличение коэффициента контактного трения ведет к увеличению сил на 15.. .20%.
Выполнена оценка максимальных значений давления на рабочих частях деформирующего пуансона в зависимости от скоростей деформирования и относительной толщины выступа. На рис. 4 дан график изменения давления на контактных поверхностях пуансона при формообразовании в зависимости от величины Ь = (Оп — /£.
Рис. 4. График изменения давления
Установлено, что давление при изменении относительной толщины выступа меняется схожим образом с графиком, представленном на рис. 3. Но для больших скоростей деформирования изменение сил при варьировании ширины происходит более интенсивно. Увеличение скоростей деформирования в интервале 5...40 мм/мин ведет к росту нагрузки на инструмент в среднем на 80 %.
Таким образом важным является обеспечение условий деформирования со скоростями в интервале 5.15 мм/мин, что должно обеспечить меньшие силы и меньшие нагрузки на рабочие поверхности инструмента.
Работа выполнена в рамках гранта РНФ 23-29-00470.
Список литературы
1. Ковка и штамповка: Справочник: В 4 т. Т. 2. Горячая объемная штамповка / Под ред. Е.И. Семенова. М.: Машиностроение, 2010. 720 с.
2. Малинин, Н. Н. Ползучесть в обработке металлов : учебное пособие для вузов. М.: Юрайт, 2022. 221 с.
3. Яковлев С.П., Чудин В.Н. и др. Изотермическое деформирование высокопрочных анизотропных материалов. М.: Машиностроение, 2003. 427с.
4. Гун Г.Я. Теоретические основы обработки металлов давлением. М.: Металлургия. 1980. 456 с.
5. Колмогоров В.Л. Механика обработки металлов давлением М.: Металлургия, 1986. 688 с.
6. Теория обработки металлов давлением / под ред. Голенкова В.А., Яковлева С.П. и др. / М. Машиностроение. 2009. 442 с.
7. Ларин С.Н., Чудин В.Н., Пасынков А.А. Высадка краевого утолщения на корпусах при нестационарном вязкопластическом деформировании // Цветные металлы. 2020. 7. С. 88-78.
8. Черняев А.В., Чудин В.Н., Гладков В.А. Изотермическое выдавливание утолщений и фланцев на осесим-метричных заготовках // Заготовительные производства в машиностроении. 2021. № 4. С. 164-167.
9. Чудин В.Н. Горячее выдавливание внутренних ступеней на корпусах // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2018. № 1. С. 10-13.
10. Романов К.И. Механика горячего формоизменения металлов. М.: Машиностроение, 1993, 240 с.
Романов Павел Витальевич, аспирант, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Герасимова Ольга Михайловна, канд. техн наук, mpf-tula@rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
ANALYSIS OF POWER MODES DURING THE FORMATION OF INTERNAL PROTRUSIONS ON A CONICAL SHELL
P.V. Romanov, O.M. Gerasimova 239
The article considers the operation offorming a thickening on the inner surface of a conical semi-finished product. The purpose of the operation is to ensure that the part is sufficiently rigid to operate under harsh operating conditions. The parts obtained in the process of shaping are supposed to be used as housings in products of responsible purpose. A simulation was performed in the cae system in order to evaluate changes in power modes during extrusion of internal ribs. Graphical dependencies are obtained. Rational stamping modes are defined. Key words: shaping, force, conical shells, extrusion.
RomanovPavel Vitalyevich, postgraduate, [email protected], Russia, Tula, Tula State University,
Gerasimova Olga Mikhailovna, candidate of technical sciences, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State
University
УДК 621.73.01
DOI: 10.24412/2071-6168-2024-3-240-241
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ШТАМПОВКИ КОЛЬЦЕВОГО ИЗДЕЛИЯ
И.К. Цепляев
В данной статье рассматривается роль компьютерного моделирования штамповки металлических изделий в современном производстве. Описываются различные типы моделей, такие как моделирование с использованием метода конечных элементов, моделирование с использованием граничных элементов и моделирование с использованием дискретных элементов. Приводится обзор популярных программных комплексов для компьютерного моделирования штамповки. В данной работе подчеркивается важность учета трения как фактора, влияющего на процессы штамповки, и предлагают использовать различные смазочные материалы для оптимизации процесса. Приводятся результаты компьютерного моделирования штамповки кольцевой заготовки с различными типами смазки, обозначены изменения в повреждаемости, силе и интенсивности деформаций при снижении коэффициента трения. Кроме того, в статье подчеркивается, что компьютерное моделирование штамповки металлических изделий представляет собой эффективный инструмент для оптимизации процесса производства, улучшения качества продукции и снижения издержек. Анализ результатов моделирования позволяет принимать взвешенные решения по выбору оптимальных параметров процесса штамповки и уменьшению рисков.
Ключевые слова: кольцевая деталь с утолщением, компьютерное моделирование, обработка металлов давлением, преимущества, интенсивность деформаций, сила.
Компьютерное моделирование штамповки металлических изделий играет важную роль в современном производстве, оно позволяет оптимизировать процесс штамповки, снизить количество брака и повысить производительность труда [1-4].
Существует множество типов моделей:
1. Моделирование с использованием метода конечных элементов (МКЭ) - наиболее распространенный метод, позволяет анализировать напряжения, деформации и другие физические характеристики материала в процессе штамповки.
2. Моделирование с использованием граничных элементов - эффективен для анализа задач, связанных с поведением материала на границе тела.
3. Моделирование с использованием дискретных элементов - позволяет моделировать поведение отдельных частиц материала, что полезно для анализа процессов, связанных с разрушением.
В целом самым популярным методом на данный момент является метод конечных элементов и реализован во многих программных комплексах компьютерного моделирования, на подобии [5-7]:
1. ANSYS: Популярный пакет программного обеспечения для МКЭ анализа, включает модуль для моделирования штамповки.
2. ABAQUS: Профессиональное программное обеспечение для МКЭ анализа, имеет широкий спектр возможностей для моделирования штамповки.
3. DEFORM: Специализированное программное обеспечение для моделирования штамповки, позволяет моделировать как горячую, так и холодную штамповку.
4. SIMUFACT: Облачное программное обеспечение для МКЭ анализа, имеет модуль для моделирования штамповки.
5. QFORM: одно из самых популярных программных обеспечений в России, позволяющее моделировать процессы обработки металлов давлением.
При этом компьютерное моделирование, как правило, включает в себя следующие этапы:
1. Создание трехмерной геометрической модели или двухмерный эскиз. Данный этап чаще всего выполняется с использованием САПР, реже с помощью встроенных редакторов геометрии.
2. Задание свойств материалов и граничных условий. На данном этапе происходит указание параметров материалов, таких как упрочнение, сопротивление деформированию, коэффициент Пуассона, предел текучести, температура и т.д., а также задаются условия нагружения, перемещения и других параметров, воздействующих на модель.
3. Далее происходит расчет модели и соответственно анализ полученных результатов.
Такие компьютерные моделирования имеют широкий набор преимуществ, которые включают: избегание дорогостоящих экспериментов с реальными инструментами и материалами; помогают спроектировать инструмент, который обеспечит точное производство деталей с минимальным количеством брака; автоматизирует и ускоряет процесс проектирования инструмента; позволяет оценить риски, связанные с процессом штамповки, и принять меры по их снижению.
