CC BY
2
Key words: metal forming, computer simulations, reverse extrusion, technological force, stress intensity, average
stress.
Gasanov Abbas Isa ogly, student, [email protected], Russia, Tula, Tula State University,
Scientific advisor: Pasynkov Andrej Aleksandrovich, candidate of technical science, docent, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.77
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-11-356-357
ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ПОЛУФАБРИКАТА МЕТОДОВ ВЫСАДКИ
И.В. Гребенщиков
Математическое моделирование является мощным и современным инструментом, который позволяет изучать, улучшать и оптимизировать различные процессы, включая, например, процессы обработки металлов давлением. В данной статье рассматривается вопрос о том, как математическое моделирование используется при исследовании процессов ковки и штамповки, и как этот метод помогает в достижении результатов и повышении качества изготавливаемых деталей. Приводятся основные компьютерные программные обеспечения, которые основаны на методах математического анализа. Также в работе описываются основные результаты проделанного исследования процесса высадки с помощью создания и анализа модели. Приводятся трехмерные изображения распределения средних напряжений и интенсивности напряжений в полуфабрикатах. Проводятся исследования влияния температуры на поля напряжений во всем объеме материала, а также в трассируемых точках. Делаются выводы о том, как влияет температура алюминиевого сплава на распределения и максимальные значения интенсивности напряжений и средних напряжений.
Ключевые слова: процесс высадки, средние напряжения, интенсивность напряжений, трассируемая точка, компьютерное моделирование, обработка металлов давлением.
Процессы обработки металлов давлением, такие как штамповка, основаны на применении внешней силы к заготовке с целью изменения ее формы и размеров [1-3]. Важно отметить, что при таких процессах можно использовать разные модели материала, например, жестко-пластическую, упруго-пластическую, вязко-пластическую и иные, что создает сложности при их моделировании и анализе [4-5].
Математическое моделирование позволяет описать процессы обработки металлов давлением с использованием уравнений, которые учитывают физические свойства материала, геометрию детали, параметры обработки и условия внешнего давления. Модели могут быть разработаны для конкретных процессов и металлических сплавов, что позволяет изменять различные параметры и оценивать их влияние на результаты процесса.
Основными преимуществами использования математического моделирования при исследовании процессов обработки металлов давлением являются:
1. Экономия времени и ресурсов: моделирование позволяет исследователям проводить виртуальные эксперименты, что позволяет сократить количество физических испытаний и экспериментов, требующих затраты времени и ресурсов.
2. Оптимизация процесса: с помощью моделирования возможно определить оптимальные параметры обработки, такие как скорость деформации, температура, режимы трения и т. д. Это позволяет достичь лучших результатов и повысить эффективность производства.
3. Предсказание деформаций и напряжений: моделирование позволяет оценить напряженно-деформированное состояние, возникающее в металле во время обработки давлением.
4. Улучшение качества продукции: математическое моделирование позволяет предсказывать и анализировать возможные дефекты и неоднородности, которые могут возникнуть в результате обработки металлов давлением. Это позволяет улучшить качество продукции и снизить количество брака.
Наиболее популярным в настоящее время методом математического анализа является метод конечных элементов [6-7], на котором основано множество программных комплексов, включая QForm [8-9], который в настоящее время стал одним из наиболее встречаемых инструментов при проведении исследований. Также и данная работа основана на результатах компьютерного моделирования, которое было проведено в этой программе.
Исследовалось влияние температуры штамповки на напряженное состояние материала в процессе его высадки, при этом заготовка выполнена из алюминиевого сплава и представляет собой цилиндр. Таким образом были получены распределения средних напряжений (рис. 1) и интенсивности напряжений (рис. 2) при высадке.
По данным результатам моделирования было определено следующее, что на центральной части изделия преобладают сжимающие напряжения, при этом их величина больше в случае холодного деформирования, при горячем же формоизменении их величина уменьшается практически в 5 раз. Аналогичная ситуация происходит при оценке растягивающих напряжений во фланцевой части изделия, в этом случае наблюдается практически пятикратная разница в пиковых значениях напряжений.
Технологии и машины обработки давлением
б
Рис. 1. Распределение средних напряжений при температуре 20°C (а) и 500°C (б)
б
Рис. 2. Распределение интенсивности напряжений при температуре 20°C (а) и 500°C (б)
Основная часть напряжений наблюдается в верхней зоне полуфабриката, при этом максимальные значения отличаются почти на 400%. Однако основной интерес представляет зона перехода во фланцевую часть, поэтому для этой части изделия было проведено исследование интенсивности напряжений по принципу трассируемой точки (рис. 3).
го'с -500'с
350
с
5 300
'I 250 0¡
1 200 CL
п 150 х
С 100
0
® 50
5
и
5 о
1 О 5 10 15 20 25 30 35
Рабочий код, мм
Рис. 3. Интенсивность напряжений в трассируемой точке
Установлено, что в трассируемой точке также наблюдается значительная разница в максимальной величине интенсивности напряжений, так при горячем формоизменении напряжения меньше практически в 8 раз, относительно холодного деформирования.
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. М.: Машиностроение, 2010. 732 с.
2. Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. Изд. 5-е, перераб. и доп. Л.: Машиностроение, 1979, 520 с.
3. Бурцев В.М. Технология машиностроения. В 2-х т. Т. 1. Основы технологии машиностроения: Учебник для вузов / В.М. Бурцев. М.: МГТУ им. Баумана, 2011. 478 с.
4. Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением. М.: Машиностроение, 1977. 424 с.
5. Теория обработки металлов давлением / Учебник для вузов / В.А. Голенков, С.П. Яковлев, С.А. Головин, С.С. Яковлев, В.Д. Кухарь / Под ред. В.А. Голенкова, С.П. Яковлева. М.: Машиностроение, 2009. 442 с.
6. Дмитриев А. М., Воронцов А. Л. Надежность метода конечных элементов // Справочник. Инженерный журнал. 2004. №6. С. 12-13.
7. Математическое моделирование технологических процессов и метод обратных задач в машиностроении / Тихонов А.Н. и др. М.: Машиностроение, 1990. 264 с.
8. Аверкиев Ю.А., Аверкиев А.Ю. Технология холодной штамповки. М.: Машиностроение, 1989. 304 с.
9. QForm 2D/3D Программа для моделирования процессов обработки металлов давлением Версия VX. Часть 2. Руководство пользователя. «КванторФорм», 2018. 431 с.
Гребенщиков Иван Владимирович, студент, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Научный руководитель: Коротков Виктор Анатольевич, канд. техн. наук, доцент, Россия, Тула, Тульский государственный университет
RESEARCH OF OBTAINING SEMI-FINISHED METAL PRODUCT BY PLANTING METHODS
I.V. Grebenschickov
Mathematical modeling is a powerful and modern tool that allows you to study, improve and optimize various processes, including, for example, metal forming processes. This article discusses how mathematical modeling is used in the study of forging and stamping processes, and how this method helps in achieving results and improving the quality of manufactured parts. The basic computer software, which is based on methods of mathematical analysis, is presented. The paper also describes the main results of the study of the landing process using the creation and analysis of the model. Three-dimensional images of the distribution of average stresses and stress intensity in semi-finished products are provided. Research is being carried out on the influence of temperature on stress fields throughout the entire volume of the material, as well as at traced points. Conclusions are drawn about how the temperature of the aluminum alloy affects the distributions and maximum values of stress intensity and average stress.
Key words: upsetting process, average stresses, stress intensity, traced point, computer modeling, metal forming.
Grebenschickov Ivan Vladimirovich, student, [email protected], Russia, Tula, Tula State University,
Scientific advisor: Korotkov Victor Anatolievich, candidate of technical science, docent, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.7
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-11-358-359
ОЦЕНКА СИЛ ВЫСАДКИ ПУСТОТЕЛЫХ ТИТАНОВЫХ ОБОЛОЧЕК
И.С. Хрычев, А.В. Харченко
При осадке концевых элементов титановых пустотелых оболочек возникают значительные сжимающие напряжения в осаживаемой части наряду с растягивающими напряжениями на краевой поверхности. Силовые нагрузки, необходимые для реализации процесса деформирования заготовок из высокопрочных материалов, могут достигать огромных величин. Ввиду этого, для снижения неравномерности напряженного состояния и снижения силовых нагрузок, производится нагрев материала заготовки и деформирование с регламентированной скоростью. В статье выполнено моделирование высадки с целью оценки изменения силовых нагрузок при деформировании нагретой оболочки с малыми скоростями деформирования.
Ключевые слова: высадка, моделирование, формоизменение, сила, деформации.
В статье рассмотрен процесс получения утолщенных с торца пустотелых оболочек. Утолщения формируются осадкой посредством давления рабочего инструмента на торец трубы. Внутренняя поверхность полой заготовки контактирует с оправкой, препятствующей деформации заготовки в сторону ее оси. Схема процесса приведена на рис. 1. При реализации процесса осадки краевых элементов титановых пустотелых оболочек в холодном состоянии возникают значительные силовые нагрузки. Ввиду этого для снижения неравномерности напряженного состояния и снижения силовых нагрузок производится нагрев материала заготовки. В качестве заготовки под высадку принималась труба со следующими размерами: диаметр 60 мм, толщина стенки t =3...7 мм. Величина рабочего хода составляла 12 мм. Начальное расстояние между инструментами 20 мм. Материал заготовки титановый сплав ВТ6. Температура нагрева 900°С . Скорость перемещения нажимного пуансона V = 1.15 мм/мин. Коэффициент трения 0,3. Было выполнено моделирование в программном комплексе DEFORM при разных скоростях деформирования и толщин стенок заготовки.
На рис. 1 представлены схемы высадки на начальном и заключительном этапах воздействия рабочего инструмента на заготовку.
На рис. 2 представлен график изменения силы в процессе высадке для рабочего хода инструмента 16 мм при начальном расстоянии между опорными поверхностями 20 мм.
358
