CC BY
0
6. Губич Л.В., Ковалев М.Я., Паткевич Н.И. Внедрение на промышленных предприятиях информационных технологий поддержки жизненного цикла продукции. М.: Беларуская Навука, 2013. 190 с.
7. Ознобишин Н.С., Лурве А.М. Технический контроль в механических цехах. М.: «Высшая школа». 1979.
221 с.
8. Травин В.Ю., Исаева А.Н. Повреждаемость материала в стенке детали при вытяжке с утонением толстостенных осесимметричных заготовок // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2013. Вып. 10. С. 334-340. EDN RVSJNB.
9. Самсонов Н.А., Благочиннов Р.С. Повреждаемость материала при вытяжке плоской квадратной заготовки // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып. 11. С. 449-453. EDN RMJGPF.
10. Пугаев П.В. Комплексное компьютерное моделирование объемной штамповки детали с фланцем // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2024. Вып. 2. С. 310-312. EDN DKLDVP.
Ветков Олег Геннадьевич, магистрант, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Научный руководитель: Недошивин Сергей Владимирович, д-р техн. наук, профессор, Россия, Тула, Тульский государственный университет
CONTROL AND IMPROVEMENT OF QUALITY OF STAMPING PRODUCTS
O.G. Vetkov
The article examines in detail the stages and methods of quality control, from the incoming analysis of raw materials to the final testing offinished products. Particular attention is paid to the use of non-destructive testing methods and modern tools for measuring geometric parameters. The introduction of computer modeling of technological processes is considered, which allows reducing the risk of defects, optimizing stamping parameters and significantly improving the quality ofproducts. Modeling based on software, for example, QForm, is becoming an important tool for predicting and preventing defects. The importance of an integrated approach, including improving control methods, modernizing equipment and improving the skills ofpersonnel, is emphasized. The article presents examples of analytical data confirming the possibility of reducing the likelihood of defects due to such approaches.
Key words: stamping, quality control, non-destructive testing methods, computer modeling, optimization of technological processes, mechanical testing, product defects.
Vetkov Oleg Gennadievich, master's, [email protected], Russia, Tula, Tula State University,
Scientific advisor: Nedoshivin Sergey Vladimirovich, doctor of technical science, professor, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.7.04
DOI: 10.24412/2071-6168-2024-10-623-624
АНАЛИЗ ТЕМПЕРАТУРЫ ИНСТРУМЕНТА ПРИ ПРОДОЛЬНОМ ГОФРИРОВАНИИ ОБЖИМОМ
С.С. Яковлев, А.А. Шишкина
В статье рассматривается исследование температурных эффектов при холодной штамповке в процессе гофрирования цилиндрических трубчатых заготовок. Рассматриваются физические аспекты, связанные с образованием тепла в результате пластической деформации и трения в зоне контакта между заготовкой и инструментом. В работе проведено компьютерное моделирование в программе QForm для анализа температурных режимов инструмента при различных параметрах обработки. Статья содержит изображения распределения температур на инструменте и табличные данные максимальных температур при различных параметрах обработки. Полученные результаты имеют практическую значимость для оптимизации процессов продольного гофрирования пластического формоизменения. В заключении делаются выводы о том, как меняются температура оправки и матрицы для обжима при разных параметрах процесса, таких как амплитуда гофрирования, толщина заготовки.
Ключевые слова: температура, компьютерное моделирование, гофрирование, продольное, штамповка, обработка металлов давлением, штамповая оснастка, максимальная температура.
В современном производстве металлоизделий холодная листовая штамповка широко применяется для изготовления деталей из листового металла, этот процесс характеризуется высокой скоростью, экономичностью и возможностью получения сложных форм при пластической деформации металла при комнатной температуре [1-3].
К такой технологической операции относится и гофрирование цилиндрической трубчатой заготовки [4], которое основано на частичном обжиме заготовки с получением трубчатого полуфабриката с переменным диаметром стенки. Однако, несмотря на кажущуюся простоту, процесс сопряжен с рядом сложных физических процессов, в том числе и с термическими эффектами. Анализ температуры инструмента при штамповке является одним из факторов для достижения высокого качества изделия и долговечности штамповой оснастки.
Холодная штамповка подразумевает, что металл обрабатывается без значительного нагрева, однако процесс пластической деформации всегда сопровождается выделением тепла в зоне контакта между инструментом и
623
Известия ТулГУ. Технические науки. 2024. Вып. 10
заготовкой [5-6]. Это связано с диссипацией энергии при деформации металла и трении. Если температура не контролируется, это может привести к множеству проблем [7]:
- Перегрев инструмента: Избыточное тепло способно изменить микроструктуру инструмента, что приводит к его быстрому износу или разрушению.
- Изменения геометрии инструмента или заготовки: Тепловое расширение может вызывать нежелательные отклонения в размерах деталей, что негативно сказывается на точности.
Таким образом, температура инструмента и заготовки влияет как на долговечность оборудования, так и на конечное качество продукции.
Температура инструмента при холодной штамповке растет по ряду причин. Разберем основные из них:
- Энергия пластической деформации: металл деформируется при приложении внешнего усилия, и значительная часть этой энергии преобразуется в тепло.
- Трение: интенсивный контакт поверхности заготовки и инструмента сопровождается трением, из-за которого выделяется дополнительное тепло.
- Высокая частота циклов: при массовом производстве инструменты работают практически без перерывов, что приводит к накоплению тепла.
В данном же случае гофрирования тепло образуется за счет трения и пластического формоизменения. Поэтому были проведены компьютерные моделирования гофрирования трубчатых заготовок внутренним диаметром 100 мм из стали 10. Рассматривалось 9 вариантов гофрирования: при разных толщинах стенки заготовки, а именно 1, 1,5, 2 мм и при разных амплитудах гофрирования - 2, 3 и 4 мм, например, модель изделия получаемого гофрированием с амплитудой 4 мм и толщиной стенки 2 мм приведены на рисунке 1.
Рис. 1. Модель гофрированного полуфабриката
Моделирование проводилось в программе QForm [8-10], и были определены максимальные температуры инструмента (см. табл.) и пример распределения температуры (рис. 2).
ЯД 27.5 27.Í
ид 2Ь5 2М 3t5 ¡Ч.П 21.5 ал 215 72 Л 21.5 21.0 ЗИ яо
в
Рис. 2. Распределение температур на инструменте: а - на оправке, б - шкала, в - на матрице для обжима
(в разрезе)
На данном рисунке представлена визуализация температурного распределения на инструменте, который используется в процессе обработки металла. Температура оправки повышается в нижней ее части, температура матрицы же увеличена в районе рабочего пояска матрицы.
Максимальные температуры инструмента
Толщина стенки, мм
1 1,5 2
Амплитуда гофр, мм 2 21,7 24,5 26,2
3 21,9 24,7 26,3
4 22,1 26,7 29,1
Толщина стенки влияет сильнее на температуру, чем амплитуда гофров. Например, при одинаковой амплитуде 2 мм температура возрастает с 21,7°С (толщина 1 мм) до 26,2°С (толщина 2 мм), что составляет увеличение на 4,5°С или =20,74%. Наибольшая температура (29,1°С) достигается при максимальных значениях параметров -
амплитуде 4 мм и толщине стенки 2 мм. Увеличение от минимального значения 21,7°C составляет 7,4°C или =34,10%. Таким образом, увеличение геометрических параметров (амплитуды гофр и толщины стенки) приводит к неизбежному росту температуры инструмента во время штамповки, при этом максимальная температура недостаточна для изменения механических характеристик материала и этот фактор оказывает минимальное влияние на весь процесс формоизменения.
Список литературы
1. Яковлев С.С. Ковка и штамповка. В 4 т. Т. 4. Листовая штамповка / Под общ. ред. С. С. Яковлева; ред. совет: Е. И. Семенов (пред.) и др. Москва: Машиностроение, 2010. 732 с.
2. Голенков В.А., Дмитриев А.М., Кухарь В.Д., Радченко С.Ю., Яковлев С.П., Яковлев С.С. Специальные технологические процессы и оборудование обработки давлением. М.: Машиностроение, 2004. 464 с.
3. Бочарова Ю.А. Машиностроение. В 40-а томах. Том IV Машины и оборудование кузнечно-штамповочного и литейного производства. М.: Машиностроение, 2005. 711 с.
4. Шишкина А.А. Обзор программного обеспечения для компьютерного моделирования процессов гофрирования трубчатой заготовки // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2024. Вып. 8. С. 221-223.
5. Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением: учебник для вузов. 4-е изд. М.: Машиностроение, 1977. 423 с.
6. Ковка и штамповка: Справочник. В 4-х т. / Ред. совет: Е.И. Семенов (пред.) и др. М.: Машиностроение, 1986. Т.2. Горячая штамповка / Под ред. Е.И. Семенова, 1986. 592 с.
7. Иванов К.М., Звонцов И.Ф., Серебреницкий П.П. Разработка технологических процессов изготовления деталей общего и специального машиностроения. М.: Лань, 2018. 696 с.
8. Компьютерное моделирование процессов обработки металлов давлением: учебное пособие / А. А. Бо-гатов, Д. А. Павлов, М. В. Ерпалов [и др.] ; под общей редакцией А. А. Богатова; Министерство образования и науки Российской Федерации, Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина. Екатеринбург: Издательство Уральского университета, 2018. 248 с. EDN UUHNSC.
9. QForm. Моделирование процессов обработки металлов давлением [Электронный ресурс] URL: https://qform3d.ru (дата обращения: 21.05.2024).
10. QForm 2D/3D Программа для моделирования процессов обработки металлов давлением. Версия V8. Начало работы. Часть 1. Начало работы. «КванторФорм», 2016. 112 с.
Яковлев Сергей Сергеевич, ассистент, yakovlev-ss-science@yandex. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Шишкина Анастасия Андреевна, аспирант, shishkina5ap@yandex. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
TOOL TEMPERATURE ANALYSIS DURING LONGITUDINAL CORRUGATING BY CRIMPING
S.S. Yakovlev, A.A. Shishkina
The article deals with the study of temperature effects during cold stamping in the process of corrugation of cylindrical tubular blanks. The physical aspects related to the formation of heat as a result ofplastic deformation and friction in the contact zone between the blank and the tool are considered. The work contains computer modeling in the QForm program to analyze the temperature conditions of the tool at various processing parameters. The article contains images of the temperature distribution on the tool and tabular data on the maximum temperatures at various processing parameters. The obtained results are of practical importance for optimizing the processes of longitudinal corrugation of plastic forming. In conclusion, conclusions are made on how the temperature of the mandrel and the matrix for crimping change at different process parameters, such as the amplitude of corrugation, the thickness of the blank.
Key words: temperature, computer modeling, corrugation, longitudinal, stamping, metal forming, stamping tooling, maximum temperature.
Yakovlev Sergey Sergeevich, assistant, [email protected], Russia, Tula, Tula State University,
Shishkina Anastasia Andreevna, postgraduate, shishkina5ap@yandex. ru, Russia, Tula, Tula State University
