CC BY
1
Технологии и машины обработки давлением
УДК 621.77
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-9-631-632
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВЫСАДКИ АЛЮМИНИЕВОЙ ЗАГОТОВКИ
И.В. Гребенщиков
Особенностью обработки металлов давлением является наличие большого числа методов пластического изменения формы заготовки, которые могут осуществляться при разных условиях, таких как температура, трение, скорость деформирования и пр. Каждое из этих условий существенно влияет на весь процесс в целом и на получаемый результат. Поэтому важно проводить комплексные оценки с помощью компьютерного моделирования, так как оно позволяет анализировать различные аспекты обработки металлов давлением еще до фактического применения метода. В данной работе проводится комплексная оценка определенных характеристик изделия и процесса, оцениваются средние напряжения, интенсивности деформаций, интенсивности напряжений, повреждаемость. Приводятся максимальные полученные в ходе компьютерного моделирования рассматриваемые характеристики, и делаются выводы, о том, как влияет начальная температура штамповки на оцениваемые параметры. Также приводится изображение получаемой детали, полученное с помощью моделирования.
Ключевые слова: компьютерное моделирование, алюминиевый сплав, обработка металлов давлением, фланцевая часть, интенсивность деформаций, интенсивность напряжений.
Актуальность применения процессов обработки металлов давлением обусловлена их способностью обеспечивать высокую производительность и улучшенные механические характеристики готовых деталей [1-2]. Благодаря автоматизации и механизированным системам, процессы обработки металлов давлением могут быть выполнены с высокой скоростью и эффективностью, что способствует повышению производительности и снижению затрат.
Отличительной особенностью обработки металлов давлением является наличие большого числа методов пластического изменения формы заготовки, которые могут осуществляться при разных условиях, таких как температура, трение, скорость деформирования [3-4]. Каждое из этих условий существенно влияет на весь процесс в целом и на получаемый результат. От таких начальных условий формоизменения зависят практически все характеристики изделия и процесса: напряженно-деформированное состояние, повреждаемость, температура, износ инструмента, длительность формообразования и пр.
Поэтому важно проводить комплексные оценки с помощью компьютерного моделирования, так как компьютерные моделирования позволяют спрогнозировать и анализировать различные аспекты обработки металлов давлением еще до его применения. Одним из главных преимуществ применения компьютерного моделирования в процессе штамповки является сокращение времени и затрат на разработку и оптимизацию конечных изделий и инструментов. Традиционные методы прототипирования и испытаний требуют значительных затрат времени и ресурсов. С помощью компьютерных моделей можно предварительно оценить и предположить результаты уже на ранних этапах проектирования, что позволяет сократить время и затраты на разработку [5-8].
В данном случае проводится анализ некоторых факторов при исследовании операции высадки, которая проводится при разных температурах заготовки. Конечное изделие приведено на рисунке, оно получено с помощью моделирования в программе QForm. Материалом заготовки в рассматриваемом случае является алюминиевый сплав Д16 [9-10].
Изделие после высадки е разрезе
В целом изделие представляет собой тело вращения, имеющее цилиндрическое основание, совмещенное с фланцевой частью. Для этого изделия проводится оценка напряженно-деформированного состояния и повреждаемости (см. табл.).
Максимальные значения параметров, которые были получены компьютерным моделированием
Показатели 20°С 500°С
Средние напряжения, МПа 100 20
Интенсивность напряжений, МПа 320 82
Интенсивность деформаций 7,1 7,95
Повреждаемость 0,41 0,37
В ходе компьютерного моделирования было установлено, что для рассматриваемых случаев все исследуемые параметры отличаются. Определено, что средние напряжения выше при холодной штамповке, разница составляет примерно 500%, также установлено, что в верхней части формируемой детали в основном присутствуют растягивающие напряжения, а в нижней части - сжимающие. Величина интенсивности напряжений также отличается на 400%, при этом интенсивность деформаций в случае холодной штамповки на 10% ниже, чем при холодной. Повре-
Известия ТулГУ. Технические науки. 2023. Вып. 9
ждаемость отличается незначительно, около 5%, что в большей степени является погрешностью измерений и расчетов. В итоге установлено, что при горячей штамповке исследуемые параметры более оптимальны, при этом возможно получение заданного изделия при всех рассматриваемых температурах обработки металлов давлением.
Список литературы
1. 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.
2. Каргин В.Р. Основы технологических процессов ОМД: раздел прессование: учеб. пособие / В.Р. Кар-гин, Б.В. Каргин. Самара: Изд-во СГАУ, 2011. 104 с.: ил.
3. 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.
4. Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. Изд. 5-е, перераб. и доп. Л.:Машиностроение, 1979. 520 с.
5. Хрычев И. С., Романов П. В. Количественная оценка напряжений в очаге деформации при горячей раздаче // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. Вып. 10. С. 374-378. EDN MMKMHD.
6. Мальцева Н. С., Михальченко С. Н. Исследование повреждаемости металла при прошивке тройников // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып. 5. С. 72-76. EDN XAPZIP.
7. Чекмазов Н. М. К оценке возможности прямого холодного выдавливание титановой трубы // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. Вып. 10. С. 367-371. EDN SVHNUE.
8. Гурова О. Ю., Пасынкова Н. С. Изготовление пустотелых тройников из титанового сплава пластическим формообразованием прутковых заготовок // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып. 5. С. 94-97. EDN IODKIW.
9. Адаскин А.М. Материаловедение и технология металлических, неметаллических и композиционных материалов: Учебник / А.М. Адаскин, А.Н. Красновский. М.: Форум, 2018. 592 с.
10. Дмитренко В.П. Материаловедение в машиностроении: Учебное пособие / В.П. Дмитренко, Н.Б. Мануйлова. М.: Инфра-М, 2017. 560 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
COMPUTER SIMULATION OF THE PROCESS OF UPLOADING AN ALUMINUM BILLET
I.V. Grebenschickov
A feature of metal forming is the presence of a large number of methods for plastically changing the shape of a workpiece, which can be carried out under different conditions, such as temperature, friction, deformation rate, etc. Each of these conditions significantly affects the entire process as a whole and the result obtained. Therefore, it is important to carry out comprehensive assessments using computer simulations, as they allow various aspects of metal forming to be analyzed before the method is actually applied. In this work, a comprehensive assessment of certain characteristics of the product and process is carried out, average stresses, strain rates, stress rates, and damage are assessed. The maximum characteristics under consideration obtained during computer modeling are presented, and conclusions are drawn about how the initial stamping temperature affects the estimated parameters. An image of the resulting part obtained using simulation is also provided.
Key words: computer modeling, aluminum alloy, metal forming, flange part, strain intensity, stress intensity.
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
