CC BY
2
Гребенщиков Иван Владимирович, студент, Россия, Тула, Тульский государственный университет
POWER MODES OF CRIMPING AXISYMMETRJC WORKPIECES WITH HEATING
A.S. Malenichev, G.V. Shadsky, I.V. Grebenshchikov
The article discusses the shaping operation to reduce the cross-section of a pipe billet. The operation is carried out with heating to the hot stamping temperature. The simulation of the process with different technological parameters is performed. The influence of the degrees ofdeformation and the rates ofshaping on the strength of the process has been established. Key words: crimping, force, pipe blanks, research, modeling.
Malenichev Anatoly Sergeevich, candidate of technical sciences, mpf-tula@rambler ru, Russia, Tula, Tula State
University,
Shadsky Gennady Viktorovich, doctor of technical sciences, Russia, Tula, Tula State University, Grebenshchikov Ivan Vladimirovich, student, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.7.043
Б01: 10.24412/2071-6168-2024-3-254-255
ПОЛУЧЕНИЕ СЛОЖНОПРОФИЛЬНОГО ИЗДЕЛИЯ МЕТОДОМ ОБРАБОТКИ ДАВЛЕНИЕМ
И АНАЛИЗ ПРОЦЕССА
К.А. Галицина
Данная статья освещает важность машиностроения как одного из секторов экономики, а также роль обработки металлов давлением в производстве деталей и компонентов для различных областей промышленности. В работе подчеркивается значимость компьютерного моделирования в оптимизации процессов машиностроительного производства и приводятся данные о влиянии коэффициента трения на интенсивность напряжений, силу и повреждаемость при обратном выдавливании. Компьютерные программы позволяют с высокой точностью моделировать процесс обработки, учитывая различные параметры, такие как скорость движения инструмента, крутящий момент, температура материала и напряженно-деформированное состояние. Поэтому данная работа была выполнена с помощью данного метода. Проведенное исследование подчеркивает важность учета коэффициента трения в проектировании технологических процессов обработки металлов давлением для предотвращения повреждений материала и обеспечения соответствующего качества изделий при высокой энергоэффективности.
Ключевые слова: пластическое формоизменение, обратное выдавливание, сложнопрофильное изделие, напряженно-деформированное состояние, компьютерное моделирование, трехмерная модель.
Машиностроение является одним из ключевых секторов экономики большинства развитых и развивающихся стран. Оно занимает центральное место в системе промышленного производства, и его влияние на мир в целом не следует недооценивать. Важность машиностроительного производства, прежде всего, обусловлена его ролью в создании силового и транспортного оборудования, машин и механизмов, которые предназначенного для автоматизации и механизации труда, быстрого и экономичной перевозки и пр. [1-3]. Так, машины и оборудование, созданные отраслью машиностроения, используются в сельском хозяйстве, исследованиях и аналитике, медицине, строительстве, транспорте, сфере обслуживания и многих других.
Обработка металлов давлением (ОМД) является одной из ключевых технологий в машиностроительном производстве [4-5]. Разнообразные технологии и методы, используемые при обработке металлов давлением, играют значимую роль в создании деталей и компонентов, которые формируют основу различных машин и механизмов. ОМД, как правило, включает в себя ряд методов, таких как ковка, штамповка, прокатка, экструзия, волочение, импульсные методы обработки и пр. [6]. В каждом из этих процессов металл подвергается силовому воздействию при помощи различного рода оборудования для получения требуемой формы и размера.
Обработка металлов давлением позволяет получить детали определенной формы и размера с высокой степенью точности. Это особенно важно в производстве комплексных механизмов, где каждая деталь должна строго соответствовать требованиям по геометрии и размерам. Важная роль обработки металлов давлением - это возможность массового производства. Поскольку большинство методов обработки давлением представляют собой циклическую очень организованную работу, они идеально подходят для массового производства деталей. Это в свою очередь значительно снижает стоимость продукции, делая машиностроительное производство более экономически эффективным. Кроме того, обработка металлов давлением позволяет работать с широким спектром металлов, включая сталь, титан, алюминий, медь, бронзу и пр. черные и цветные металлы и сплавы на их основе. Это открывает возможности для изготовления деталей разнообразных свойств и назначений, подходящих для разных областей машиностроения.
Компьютерное моделирование в данное время стало популярным и важным инструментом в области обработки металлов давлением и подготовке процессов машиностроительного производства. Для начала, компьютерные программы могут моделировать процесс обработки с высокой точностью, позволяя просчитывать различные параметры - от скорости движения инструмента и крутящего момента до температуры материала и напряжённо-деформированного состояния.
С помощью компьютерного моделирования [7-10] было проанализировано получение изделия (см. рис.) со сложной формой при использовании метода обратного выдавливания.
Была выбрана холодная штамповка, как метод обработки, заготовка имеет форму цилиндра и изготовлена из алюминиевого сплава АД0. Моделирование выполнено с помощью компьютерной программы QF0RM и были получены данные, приведенные в таблице далее.
Технологии и машины обработки давлением
Данные, полученные компьютерным моделированием
Коэффициент трения 0 0,1 0,3
Интенсивность напряжений, МПа 343 385 387
Интенсивность деформаций 8,4 9,6 10,4
Сила, кН 720 800 890
Повреждаемость 0,23 0,27 0,34
Модель изделия
Из таблицы видно, что с увеличением коэффициента трения интенсивность напряжений, сила и повреждаемость также увеличиваются. Также наблюдается увеличение интенсивности деформаций при увеличении коэффициента трения. Это говорит о том, что повышение трения между поверхностями приводит к увеличению нагрузки и напряжений на материал, что может привести к повреждениям.
Таким образом, важно учитывать коэффициент трения при проектировании технологических процессов пластического формоизменения, чтобы предотвратить повреждения и обеспечить наилучшее качество изделия, а также оптимизировать производство.
Список литературы
1. 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.
2. Шофман Л.А. Теория и расчеты процессов холодной штамповки / Л.А. Шофман. М.: Машиностроение, 1964. 375 с.
3. Инженерные методы расчета технологических процессов обработки металлов давлением. М.: Государственное научно-техническое издательство машиностроительной и судостроительной литературы, 1993. 214 с.
4. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т. 2. / Под ред. А.М. Дальского, А.Г. Косиловой, Р.К. Мещерякова, А.Г. Суслова. 5-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 2001. 905 с.
5. Рыбин Ю. И. Математическое моделирование и проектирование технологических процессов обработки металлов давлением / Ю.И. Рыбин, А.И. Рудской, А.М. Золотов. Л.: Наука, 2004. 644 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. Элингхаузен Т., Стебунов С. А. QForm 7 - новое слово в моделировании процессов обработки металлов давлением // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. 2014. № 2. С. 31-34. EDN SNXTSN.
8. Применения пакета QFORM 3D для восстановления рабочих поверхностей разжимных Кулаков тормозной системы автомобиля / В. Г. Шибаков, Д. Л. Панкратов, А. И. Швеев [и др.]. 2009. № 2(38). С. 243-248. EDN TWIAFP.
9. Галкин Ю. С., Кондаков Д. И. Получение изделий комбинированием операций вытяжки и отбортовки // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2024. Вып 1. С. 629-632.
10. Самсонов Н. А., Хрычев И. С. Влияние профиля заходной части матрицы на геометрию изделий при вытяжке круглых заготовок // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. Вып. 3. С. 122-126. EDN IWQFYF.
Галицина Ксения Алексеевна, магистрант, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Научный руководитель: Платонов Валерий Иванович, канд. техн. наук., доцент, Россия, Тула, Тульский государственный университет
PRODUCTION OF COMPLEX PROFILE PRODUCT BY PRESSURE TREATMENT METHOD AND ANALYSIS OF THE PROCESS
K.A. Galitsina
This article highlights the importance of mechanical engineering as a sector of the economy, as well as the role of metal forming in the production ofparts and components for various industries. The work emphasizes the importance of computer modeling in optimizing engineering production processes and provides data on the influence of the friction coefficient
on stress intensity, strength and damage during reverse extrusion. Computer programs make it possible to simulate the processing process with high accuracy, taking into account various parameters, such as tool speed, torque, material temperature and stress-strain state. Therefore, this work was carried out using this method. The conducted research highlights the importance of taking into account the friction coefficient in the design of metal forming processes to prevent damage to the material and ensure appropriate product quality with high energy efficiency.
Key words: plastic deformation, reverse extrusion, complex-profile product, stress-strain state, computer modeling, three-dimensional model.
Galitsina Ksenia Alekseevna, undergraduate, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University. Scientific advisor: Platonov Valery Ivanovich, candidate of technical science, docent, Russia, Tula, Tula State
University.
УДК.621.7
DOI: 10.24412/2071-6168-2024-3-256-257
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТОЧНОСТИ ДЕТАЛЕЙ ПРИ ВЫТЯЖКЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ FDM - ИНСТРУМЕНТА
М.А. Сережкин, В.Ю. Лавриненко, Н.А. Балахонцева, Е.А. Тихонова
В статье приведены результаты экспериментальных исследований процесса вытяжки деталей типа стакан в жестких (стальных) штампах и штампах, изготовленных методом FDM - печати (FDM -штампах). В результате установлено, что отклонение от круглости данных деталей, полученных с использованием FDM -инструмента, не превышает допустимых значений. Также разработаны рекомендации по определению исполнительных размеров рабочего вытяжного инструмента, изготовленного методом FDM - печати.
Ключевые слова: листовая штамповка, вытяжка, FDM - печать, точность деталей.
Одной из существенных статей производственных затрат при получении деталей типа стакан вытяжкой являются затраты на инструмент, которые могут увеличивать себестоимость изготовления деталей, особенно в условиях единичного или мелкосерийного производства. Кроме этого, достаточно высокой является трудоемкость и сроки изготовления рабочего инструмента для вытяжки - пуансонов и матриц из инструментальных сталей
Одним из направлений снижения затрат на производство деталей листовой штамповкой является обоснованное использование быстроизготавливаемого рабочего инструмента (пуансоны и матрицы), изготовленного из неметаллических материалов, например, резина, полиуретан, различные пластмассы, пластики и т.д.
В настоящее время все большее применение для изготовления инструментальной штамповой оснастки находят аддитивные технологии, в частности различные методы 3D - печати, например, FDM - прототипирование (FDM - печать).
В работе [1] отмечено значительное снижение стоимости и времени штамповки заготовок из листовой конструкционной углеродистой стали DC04 и S355MC толщиной 0,8 мм при использовании рабочего инструмента, изготовленного методом FDM - печати.
В работе [2] показано, что использование штампов из полимерных материалов с высокими механическими свойствами позволяет производить изделия с требуемой размерной точностью. Также приведены минимальные требования к механическим свойствам пластика для изготовления FDM - инструмента: модуль Юнга 11 МПа, прочность при сжатии 110 МПа.
В работе [3] приведены результаты сравнения характеристик различных материалы для 3D-печати, из которых создавали FDM штампы для вытяжки деталей, которые показали, что материал PLA наиболее пригоден для изготовления инструмента для листовой штамповки в малосерийном производстве.
Для ПАО «Корпорация «Иркут» [4, 5] методом 3D - печати были изготовлены рабочие части штампа из пластика марки ULTEM 9085 для штамповки листовой заготовки. При этом инструмент выдержал более 600 циклов нагружения. Примерно такая же стойкость инструмента имела место в ПАО «Роствертол» при применении пуансонов из пластика марки ULTEM для гидроформовки листовых заготовок и для обтяжки листовых обшивочных деталей сложных пространственных форм из листового алюминия с толщиной листа от 1,25 мм до 2,5 мм
В работах [6, 7] указано, что для V-образной гибки заготовок из листовой малоуглеродистой стали толщиной 3,4 мм и 2 мм использовали рабочий штамповый инструмент, изготовленный методом FDM печати, который показал высокую стойкость (более 150 и 1000 деталей соответственно) без разрушения и значительного износа инструмента.
В работе [8] рассмотрено применение FDM - инструмента для V-образной гибки листовых металлов. Отмечено, что время и стоимость производства такого инструмента очень малы по сравнению с изготовлением инструмента из сталей. Была исследована точность деталей, изготовленных с использованием FDM - инструмента и рассмотрено использование комбинации стального пуансона и FDM - матрицы для повышения размерной точности изготавливаемых деталей.
Кроме этого, некоторые исследования влияния технологических параметров FDM - печати на механические характеристики рабочего инструмента для листовой штамповки, а также на точность деталей, получаемых гибкой приведены в работах [9 - 13].
В частности, в работе [13] в результате проведенных исследований процесса гибки листовых заготовок толщиной 1,0.. .1,5 мм из сталей Ст3 и 08ю, алюминиевых сплавов АМг2М и Д19АТ, титанового сплава ОТ-4, нержавеющей стали 12Х18Н9Т было установлено, что при использовании рабочего инструмента, изготовленного методом FDM - печати угол упругого пружинения заготовок примерно соответствовал углу упругого пружинения заготовок при гибке в жестком штампе с расхождением не более 0,2°.
