CC BY
0
The article discusses the process of corrugating pipes by stamping, which is the creation of a relief surface with alternating folds on a metal pipe. The main stages of the technological process are described, including preparation of the blank, installation in the stamp, molding and quality control. The authors present a new method of corrugation based on local crimping of a tubular blank with a shaped matrix on a shaped mandrel. The advantages of the stamping method are analyzed, such as high accuracy, cost-effectiveness, improved strength characteristics and versatility of application. The areas of application of corrugated pipes in various industries are considered: heating and water supply systems, mechanical engineering and power engineering. The limitations of the method in terms of pipe wall thickness and the prospects for the development of the technology, taking into account modern requirements for the environmental friendliness of production, are noted.
Key words: cold stamping, corrugation, plastic deformation, modeling, metal semi-finished product, tubular blank, local crimping.
Yakovlev Sergey Sergeevich, assistant, [email protected], Tula, Russia, Tula State University,
Shishkina Anastasia Andreevna, graduate student, shishkina5ap@yandex. ru, Russia, Tula, Tula State University.
УДК 621.77
DOI: 10.24412/2071-6168-2024-12-577-578
РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ОПЕРАЦИИ ОСАДКИ
О.Г. Ветков
В статье представлено описание разработанного программного обеспечения для расчета параметров операции осадки в процессах обработки металлов давлением. Подробно рассматривается актуальность создания подобного инструмента, обусловленную сложностью и трудоемкостью ручных расчетов, а также высокими требованиями к ресурсам при использовании систем численного моделирования. Основной функционал включает расчет технологической силы, определение контактных напряжений и вычисление сопротивления металла деформированию с учетом различных параметров процесса и свойств материала. Особое внимание уделяется преимуществам разработанного программного обеспечения, среди которых выделяются автоматизация расчетов, интуитивно понятный интерфейс, возможность быстрой корректировки данных и автономность работы. Статья подчеркивает практическую значимость программы для специалистов машиностроительной отрасли, технологов, инженеров и студентов, отмечая ее потенциал в повышении эффективности проектирования технологических процессов обработки металлов давлением.
Ключевые слова: программное обеспечение, обработка металлов давлением, численное моделирование, функциональные возможности, расчеты процессов, осадка, производство.
В современном машиностроении важную роль играют технологические процессы обработки металлов давлением [1-6], среди которых особое место занимает операция осадки. Для эффективного проектирования и реализации данной операции необходимо точно определять ее ключевые параметры, такие как требуемая технологическая сила, напряженно-деформированное состояние, скорость деформаций, повреждаемость, время операции.
Такие расчеты в ручном режиме очень трудоемки и иногда невыполнимы, поэтому все чаще используют методы компьютерного расчета с использованием специализированных программных обеспечений. Как правило для таких целей используются программы численного моделирования, например, на основе метода конечных элементов. С помощью моделирования можно проанализировать основные технические параметры процессов, подобрать оптимальную геометрию инструмента и режимы обработки для обеспечения требуемого качества изделий, также моделирование дает возможность предсказать появление таких дефектов, как трещины, складки, недоштамповки, и принять меры по их предотвращению, таким образом благодаря оптимизации процесса обработки на основе результатов моделирования можно минимизировать брак и улучшить качество изделий. Однако для проведения моделирования требуются специалисты, обладающие знаниями в области механики деформируемого твердого тела, численных методов и программирования, для реализации компьютерного моделирования необходимо специализированное программное обеспечение [7-10] и высокопроизводительные компьютеры, что связано с определенными затратами. Помимо этого, создание точных компьютерных моделей процессов пластического формоизменения может потребовать значительного времени, особенно при моделировании сложных многоступенчатых процессов. Поэтому для быстрого и более простого расчета процессов необходимо менее сложное программное обеспечение и, в том числе, с целью автоматизации расчетов этих параметров была разработана специальная программа для ЭВМ, предназначенная для расчета характеристик операции осадки.
Программа для расчета параметров операции осадки представляет собой приложение, совместимое с операционной системой Windows 7 и выше. Она разработана на языках программирования JavaScript и HTML.
Функциональные возможности программы включают в себя:
1. Подсчет требуемой технологической силы для проведения операции осадки в зависимости от характеристик процесса и заготовки.
2. Определение контактных напряжений, возникающих при взаимодействии инструмента и заготовки.
3. Расчет сопротивления металла деформированию с учетом свойств материала и условий осадки.
Известия ТулГУ. Технические науки. 2024. Вып. 12
Область применения программы охватывает различные отрасли машиностроения, где используется операция осадки. Она может быть полезна технологам, инженерам и конструкторам при проектировании технологических процессов и оснастки, а также студентам.
Применение данной программы для расчета имеет ряд преимуществ:
1. Автоматизация расчетов, что позволяет значительно сократить время на проектирование технологического процесса.
2. Удобный пользовательский интерфейс, не требующий специальных навыков программирования.
3. Возможность быстрой корректировки исходных данных и получения обновленных результатов расчета.
4. Интерфейс программы (на базе JavaScript и HTML) интуитивно понятен, что упрощает освоение даже для специалистов без глубокого знания программирования. Кроме того, ее автономность и малый объем оказываются удобным решением для работы на большинстве ПК.
)
—Z_
Схема операции осадка: 1 - поковка; 2 - боек
Разработанная программа для расчета параметров операции осадки является эффективным инструментом для автоматизации проектирования технологических процессов в машиностроении. Она позволяет быстро и точно определять ключевые параметры операции, такие как технологическая сила, контактные напряжения и сопротивление металла деформированию. Использование данной программы может существенно повысить производительность труда технологов и инженеров, а также улучшить качество проектируемых процессов обработки металлов давлением.
Список литературы
1. Иванов К.М., Звонцов И.Ф., Серебреницкий П.П. Разработка технологических процессов изготовления деталей общего и специального машиностроения. М.: Лань, 2018. 696 с.
2. Сторожев М. В., Попов Е. А. Теория обработки металлов давлением : учебник для вузов. 4-е изд., пере-раб. и доп. / М. : Машиностроение, 1977. 423 с.
3. Семёнов Е. И., Кондратенко В. Г., Ляпунов Н. И. Технология и оборудование ковки и объемной штамповки / М.: Машиностроение, 1978. 311 с.
4. Сметанин В.И., Соколов С.А., Колегов С.А. Диагностика дефектов, разрушений и брака на машиностроительном предприятии / М.: ТНТ, 2011. 192 c.
5. Контроль качества продукции в машиностроении (под редакцией А.Э. Артеса). М.: «Издательство стандартов», 1980. 272 с.
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 c.
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, vetkov22@bk. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет.
DEVELOPMENT OF SOFTWARE FOR CALCULATION OF PARAMETERS OF THE UPSETTING OPERATION
O.G. Vetkov
The article presents a description of the developed software for calculating the parameters of the upsetting operation in metal forming processes. The relevance of creating such a tool, due to the complexity and labor intensity of manual calculations, as well as high resource requirements when using numerical modeling systems, is considered in detail. The main functionality includes calculating the process force, determining contact stresses and calculating the resistance of the metal to deformation, taking into account various process parameters and material properties. Particular attention is paid to the advantages of the developed software, among which are automation of calculations, an intuitive interface, the ability to quickly adjust data and autonomous operation. The article emphasizes the practical significance of the program for specialists in the mechanical engineering industry, technologists, engineers and students, noting its potential in increasing the efficiency of designing technological processes of metal forming.
Key words: software, metal forming, numerical modeling, functionality, process calculations, upsetting, production.
Vetkov Oleg Gennadievich, master's student, vetkov22@bk. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.77
Б01: 10.24412/2071-6168-2024-12-579-580
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ОПЕРАЦИИ ГОРЯЧЕЙ ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ ДЕТАЛИ
С ФЛАНЦЕМ
И.В. Гребенщиков
Статья посвящена процессам штамповки металлических изделий, с акцентом на использование компьютерного моделирования для оптимизации параметров процесса и повышения качества конечных изделий. Штамповка представляет собой процесс обработки металла давлением, при котором заготовка приобретает заданную форму и размеры под действием сил, воздействующих на заготовку. Этот метод широко используется в промышленности для изготовления различных металлических деталей. Существенной частью работы является рассмотрение роли компьютерного моделирования в улучшении проектирования штамповки и изучении её характеристик. На основе современных компьютерных программ, таких как QForm, выполняется моделирование процессов штамповки методом конечных элементов, учитывая такие параметры, как свойства материала заготовки, её геометрия, условия нагрузки и трения. В работе также приводятся графики изменения технологической силы штамповки и график изменения максимального значения повреждаемости материала. Делаются выводы о том, как влияет фактор трения на усилие формоизменения и повреждаемость материала.
Ключевые слова: штамповка, горячая объемная штамповка, компьютерное моделирование, силовые характеристики, повреждаемость материала, горячая штамповка, алюминиевые изделия.
Штамповка металлических изделий - это процесс обработки металла давлением, при котором заготовка пластически деформируется в штампе, приобретая заданную форму и размеры. Этот метод широко используется в промышленности для массового производства различных металлических деталей, таких как корпуса, кронштейны, фланцы и многое другое.
Для эффективного проектирования и оптимизации процессов штамповки применяется компьютерное моделирование. Современные программные комплексы, основанные на методе конечных элементов (МКЭ), позволяют создавать детальные 3D-модели штампов и заготовок, учитывая их геометрию, свойства материалов и условия нагружения.
Компьютерное моделирование дает возможность анализировать распределение напряжений и деформаций в заготовке во время штамповки, прогнозировать возможные дефекты, такие как разрывы, складки или недо-штамповки, помимо этого, компьютерное моделирование часто применяется для оценки силовых характеристик процесса, повреждаемости материала, температуры материала и пр. [1-10].
Процесс обработки металлов давлением зачастую включает сложные этапы обработки материалов, компьютерное моделирование позволяет не только ускорить разработку технологии, но и улучшить качество готового изделия в конечном итоге. Поэтому было проведено компьютерное моделирование горячей объемной штамповки алюминиевой детали (АД0) в программе QForm. На рисунке 1 приведены полученные силовые характеристики, а на рисунке 2 - повреждаемость материала.
На графике показано изменение усилия штамповки во времени при разных коэффициентах трения: 0,1 (синяя линия) и 0,3 (оранжевая линия). Рассмотрим основные закономерности, представленные на графике. При коэффициенте трения 0,3 усилие достигает более высокой пиковой величины (~37 кН), чем при коэффициенте 0,1 (~33 кН). Это связано с тем, что увеличенный коэффициент трения требует более значительного усилия для преодоления сопротивления движению. После достижения пикового значения усилие стабилизируется, устанавливаясь в диапазоне 30-35 Н для обоих случаев. При этом для большего коэффициента трения усилие остаётся выше на протяжении всего промежутка времени. График демонстрирует, что увеличение коэффициента трения приводит к увеличению необходимого усилия штамповки. Это объясняется усилением сопротивления материала относительно движущихся поверхностей, что типично для процессов, зависящих от трения.
