Расчет по мощности КГШП для техпроцессов термомеханической обработки

Серия 2. Технология машиностроения и материалы. Изв.АН СССР. 1963. №1. с.166-171.

8. Кийко И.А. Вариационный принцип в задачах течения тонкого слоя пластического вещества // Докл. АН СССР. 1964. т. 157. № 3. с. 551-553.

9. Кадымов В.А. Некоторые задачи пластического течения в тонком слое металла // Канд. дисс., М.: МГУ. 1981. 108с.

10. Безухов В.Н. Об осадке пластического слоя некруговой формы в плане // Канд. дисс., М.: МГУ. 1955. 78с.

11. Кийко И.А. Пластическое течение металлов// В сб. «Научные основы прогрессивной техники и технологии». М.,1985.С.102-133.

12. 4. Белов Н.А., Кадымов В.А. О краевой задаче течения пластического слоя между сближающимися жесткими плитами // Изв.РАН.МТТ. 2011. №1. с.46-58.

13. Полянин А.Д., Зайцев В.Ф. Справочник по нелинейным уравнениям математической физики. Точные решения // М.: Физматлит. 2002. 432с.

14. Кадымов В.А. Автомодельные уравнения в задаче растекания пластического слоя на плоскости и их решения // Вестник ТулГУ. 2009. т.15. вып.2. с.38-44.

15. Кадымов В.А., Белов Н.А. О точных решениях уравнения растекания пластического слоя на плоскости // Тр. межд. научно-техн. конф. «Совр. метал. матер. и технол. (СММТ'2011)»,СПбГПУ. 2011. с.33-36.

16. Кийко И.А. О форме пластического слоя, сжимаемого параллельными плоскостями // ПММ. 2011. т. 75. вып.1. с.15-26.

17. Кадымов В.А. , Быстриков С. К. Некоторые новые решения нестационарных задач растекания пластического слоя по деформируемым поверхностям // Изв. Тул.ГУ. 2006. т.11 . в.2. с.54-60.

18. Kadymov V. Mathematical modeling of contact problems of plastic flow // Nonlinear Anal.Theory &Appl. Gr.Br. 1997. v.S0. №8.

19. Кийко И.А.Анизотропия в процессах течения тонкого пластического слоя // ПММ, 2006. т.70. вып.2. с.344-351.

20. Кийко И.А., Кадымов В.А. Обобщения задачи Л.Прандтля о сжатии полосы // Вестн.Моск.Ун-та. Сер.1. 2003. №4. с.50-56.

21. Кийко И.А.Обобщение задачи Л.Прандтля о сжатии полосы на случай сжимаемого материала // Вестн.Моск.Ун-та. 2002, №4. с.47-52.

22.Мохель А.Н., Салганик Р.Л. Тонкий пластический слой с произвольным контуром, сжимаемый между жесткими плитами // ДАН СССР. 1987. т.293. №4. с.809-813.

23. Кадымов В.А., Белов Н.А. О растекании между сближающимися жесткими плитами пластического слоя, состоящего из разных сред // Матер.межд.научн.конф. «Совр. пробл. ма-тем., мех. и инф-ки». Тула: ТулГУ. 2012. с.150-157

Расчет по мощности КГШП для техпроцессов термомеханической

обработки

д.т.н. проф. Радкевич М.М., Фомин Д.Ю.

Санкт-Петербургский государственный политехнический ун-тет

+ 7 (812) 552-6623, +7 (812) 552-9302

Аннотация. Рассчитано усилие штамповки поковки удлиненной формы при различной температуре в открытом штампе по формуле М.В.Сторожева и произведено сравнение с усилием штамповки идентичной поковки в результате конечно-элементного моделирования. Предложены варианты корректировки формул.

Ключевые слова: штамповка, поковка, открытый штамп, усилие штамповки, конечно-элементное моделирование Повысить эффективность технологических процессов термомеханической обработки возможно за счет рационализации температурных, временных, силовых схем деформацион-

но-термического воздействия на металл. При этом не менее значимой представляется задача оптимизация агрегатной схемы технологического процесса.

Нам было важно определить, насколько точно по формулам А.В.Ребельского [1], Л.В.Прозорова [2], М.В.Сторожева [3,4], по которым подбирается КГШП, молоты, ГКМ, определяется усилие штамповки Р, необходимое для проведения процесса формоизменения стальной заготовки. Область наших интересов - теплая и горячая облойная штамповка, поэтому мы рассчитали необходимое усилие штамповки поковки тип ««тяга соединительная» по формуле 1 (формула М.В.Сторожева) [5] для ручья штампа, представленного на рисунке 1. Результаты расчетов представлены в таблице 1.

р = 1.15я, [

где о.! - напряжение текучести металла, соответствующее температуре и скорости деформации при штамповке, приблизительно равное временному сопротивлению на растяжение при той же температуре, кГ/мм2; Ь - ширина мостика канавки для заусенца, мм; - толщина заусенца в мостике, мм; Бп - площадь п^роекции поковки на плоскости разъема, мм2; Б3-площадь мостика канавки для заусенца, мм ; ё - диаметр или сторона квадрата поковки в плане, мм; а - средняя ширина поковки, мм.

Рисунок 1. Геометрическая модель нижней плиты штампа

Размер заготовки был определен расчетным путем: длина 180 мм, диаметр 50 мм. Минимальный диаметр ручья штампа составил 30 мм, максимальный размер 175 мм.

Расчеты по формуле М.В. Сторожева показали, что усилие штамповки P определяется по формуле однофакторно как пропорциональное напряжению текучести металла as.

а)__б)_

\\

Рисунок 2. Геометрическая модель поковки: а) - распределение температурного поля; б) - контактное давление в ручье штампа

Для сопоставления результатов нами была проведена симуляция упруго-пластичного деформирования металлической заготовки при осуществлении процесса облойной штамповки поковки (чистовой ручей на рисунке 1) на КГШП в программном комплексе 8тиГаС: (ш.с^ирегЮ^е) для стали 45 и 40Х в диапазоне температур Тд=800^1200°С. По данным

пользователей программы погрешность в расчетах не превышает 5-10%. В результате были получены модели поковки (рисунок 2,а-б), а также рассчитанные программой величины усилия штамповки Р в зависимости от температуры деформации (таблица 1). Анализ данных моделирования позволяет заключить, что динамика изменения усилия штамповки не соответствует динамике изменения напряжения текучести металла, то есть Р не пропорционально

Таблица 1

Сталь 4 5

№ Температура деформации Т °С кгс/мм До8, % Усилие Р по формуле 1, кН ДР по формуле 1, % Усилие Р при моделировании, кН ДР при моделировании, %

1. 900 8.3 - 7 197.70 - 11 300 -

2. 1000 5.1 АО81_2 = 63% 4 422.68 АР 1-2 = 63% 11 000 АР1-2 = 3%

3. 1100 3.1 АО82-3 = 65% 2 688.30 АР2-3 = 65% 9 300 АР2-3 = 18%

4. 1200 2.1 АО83-4 = 48% 1 821.11 АР3-4 = 48% 9 500 АР3-4 = 2%

Сталь 40Х

1. 800 10 - 9 748.09 - 11 100 -

2. 900 7.04 АО81_2 = 42% 6 862.66 АР 1-2 = 42% 10 200 АР1-2 = 9%

3. 1000 4.38 АО82-3 = 61% 4 269.66 АР2-3 = 61% 8 500 АР2-3 = 20%

4. 1100 2.65 АО83-4 = 65% 2 583.24 АР3-4 =65% 8 400 АР3-4 =1%

5. 1200 2.44 Ао84-5 = 9% 2 378.53 АР4-5 =9% 8 700 АР4-5 =9%

По результатам анализа таблицы установлено, что в интервале температур деформирования Где[800-1200]°С расчетные усилия штамповки ниже реальных (моделирование) усилий в 2-4 раза. По-видимому, в расчетных формулах не учитывается многофакторность процесса пластической деформации и неоднородность формирования очага деформации, а поэтому требуется их корректировка за счет введения корректирующих коэффициентов.

Нами были рассмотрены варианты корректировки формулы за счет введения корректирующих скоростных и масштабных коэффициентов. Показано, что применение скоростных коэффициентов равных скоростным коэффициентам С.И.Губкина [6] не достаточно для получения расчетных значений Р,близких к реальным в пределах приемлемой погрешности 10%. Поэтому нами был введен в расчетные формулы коэффициент к' (таблица 2), вычисленный эмпирическим путем, применение которого к формуле М.В. Сторожева обеспечивает расчет усилия штамповки с средней погрешностью 8% (рисунок 3).

Таблица 2

Отношение температур деформации

Тд/ ТПл= 0.5-0.6 Тд/ Тпл= 0.6-0.7 Тд/ Тпл = 0.7-0.8

1.0 - 1.5 1.5 - 2.5 3.0 - 4.0

В случае применения предлагаемого коэффициента к формула М.В. Сторожева примет следующий вид:

Р = 1.15« [

Для наглядного сравнения эффективности использования коэффициента к' на рисунке 3,4 показаны кривые зависимостей величины усилия деформирования от температуры штамповки рассчитанные по формуле М.В. Сторожена с использованием коэффициента к' и без него.

•КЭ моделирование -расчет по формуле i

ч

£-* 12 000

1 10 000

£

Шт 8 000

п н 6 000

5 -1 000

к

4 2 000

.О

•

800 900 1000 1100 1200

Температура деформации,0С

1300

Рисунок 3. Изменение усилия штамповки в зависимости от температуры штамповки поковки из стали 45 без применения коэффициента к-

• К Э моден ip овам ie

рас чет по форму ле с коэфф! ю ккгом а*"

13 000

— 12 000 тт

2 11000 а

10 000 я 9 000

3 8 000

а»

5 "000

5 800 900 1000 1100 1200 1300

Температура деформации, °С

Рисунок 4. Изменение усилия штамповки в зависимости от температуры штамповки поковки из стали 45 при применении коэффициента к-

Выводы

По результатам компьютерного моделирования установлено, что расчет усилия штамповки по формуле М.В. Сторожева в целях подбора КГШП по мощности при проектировании технологических процессов кузнечно - штамповочного производства не обеспечивает достоверного результата. Расчетные усилия P ниже реальных в 2-4 раза в интервале температур деформирования 7Де[800^1200]оС. Расчетные формулы не учитывают многофакторность процесса пластической деформации, определяемую неоднородностью формирования очага деформации, а поэтому требуют корректировки.

Применение скоростных коэффициентов, равных скоростным коэффициентам С.И.Губкина, не достаточно для получения расчетных значений Р, близких к реальным в пределах погрешности 10%.

Предложена корректировка формулы М.В.Сторожева за счет внедрения в нее коэффициента к', который обеспечивает расчет необходимого усилия деформирования P с погрешностью в пределах 10%.

Литература

1. Ребельский А.В. Основы проектирования процессов горячей объемной штамповки.-М.:Машиностроение,1965.

2. Прозоров Л.В. Прессование стали. - М.: Машгиз,1956.

3. Сторожев М.В. Ковка и объемная штамповка стали: Справочник /Под ред. М.В. Стороже-

ва. -Т1-2.- М.: Машиностроение, 1967-1968.

4. Семенов Е.И. Ковка и штамповка. - М.: Машиностроение, 2010

5. Соколов А.В., Палтиевич А.Р., Кирилянчик А.С. Проектирование технологических процессов кузнечно - штамповочного производства. - М.: МАТИ, 2007.

6. Губкин С. И. Пластическая деформация металлов. Т.1-3. — М.: Металлургиздат, 1960-61.

Разработка подсистемы САПР технологических процессов производства

ювелирных изделий

Сидельников С.Б., Довженко Н.Н., Гайлис Ю.Д., Лебедева О.С.

Сибирский федеральный университет 8 (391) 206-37-31, sbs270359@yandex.ru

Анотация. Разработаны алгоритмы и методики проектирования технологических процессов листовой, сортовой прокатки и волочения длинномерных полуфабрикатов для производства ювелирных изделий из драгоценных металлов и их сплавов. Создано программное обеспечение, позволяющее рассчитать деформационные режимы и энергосиловые параметры проектируемых процессов с визуализацией данных в табличном и графическом видах. Проведена адаптация разработанной САПР к условиям производства ювелирных цепей из золота 585 пробы на Красноярском заводе цветных металлов.

Ключевые слова: САПР, ювелирное производство, обработка металлов давлением, прокатка, волочение

Введение

Для автоматизации трудоемких расчетов многопереходных процессов прокатки и волочения целесообразно применять системы автоматизированного проектирования (САПР). Эффективность таких систем существенно повышается при адаптации САПР к конкретному производственному процессу, в качестве которого для отладки программного обеспечения был выбран технологический процесс получения длинномерных полуфабрикатов для изготовления ювелирных изделий на ОАО «Красноярский завод цветных металлов» (ОАО «Красцветмет»). Как показал анализ научно-технической литературы, существующие программные продукты имеют узкую область применения и высокую вероятность ошибки при расчетах энергосиловых параметров для обработки драгоценных металлов (золота, серебра, палладия и др.) и их сплавов, информация по механическим свойствам которых отсутствует.

Полуфабрикатами при производстве ювелирных изделий, независимо от применяемой технологии и материалов, являются: ленты и полосы, полученные холодной листовой прокаткой (для дальнейших операций штамповки, вырубки и др.), а также прутки после сортовой прокатки для последующего волочения проволоки. Актуальность разработки программного обеспечения для сопровождения таких технологических процессов изготовления изделий из сплавов драгоценных металлов не вызывает сомнений. При этом потребность в подобных САПР существенно возрастает при проектировании технологий производства деформированных полуфабрикатов из новых сплавов, а также для решения задач их обработки методом холодной сортовой прокатки, для которой в литературе отсутствуют методики расчета формоизменения и силовых затрат.

Постановка задачи

В связи с этим в рамках создания САПР производства ювелирных изделий разработана подсистема «PROVOL» для проектирования процессов листовой, сортовой прокатки и волочения длинномерных полуфабрикатов, которая позволяет производить выбор оборудования, многооперационные расчеты технологических параметров обозначенных процессов и использовать базу данных со свойствами наиболее распространенных цветных металлов и сплавов, в том числе драгоценных.