Особенности экономичных схем штамповки поковки сложной формы в открытом штампе, проектируемых с применением численного моделирования

Введение. Исследуется процесс объемной штамповки (ОШ) поковки сложного сечения в открытом штампе. Цель работы — определение формы и числа технологических переходов штамповки для достижения условий ограничения по принятым параметрам. При проведении изысканий определялись следующие снижаемые параметры: неравномерность деформированного состояния в рассматриваемом сечении готовой поковки; расход металла на облойную часть поковки; относительная протяженность стадии доштамповки (течение металла только в облой).

Материалы и методы. Исследования базируются на применении численного метода конечных элементов (МКЭ) к решению прямых и обратных задач формоизменения в процессе объемной штамповки. В качестве программного средства использован комплекс QForm.

Результаты исследования. Показано, что расход металла может быть снижен с 13–17 % от объема поковки в выбранном сечении до 1,8–3,5 %. Относительная протяженность стадии доштамповки может быть сокращена с 17 % до 0,4 %. Неравномерность распределения накопленной деформации по сечению оценивалась по соответствующему критерию. Он может быть снижен до пределов, характерных для задач оптимизационного уровня (при использовании заготовки фасонной формы) или уровня рациональных значений (при введении одного заготовительного перехода).

Обсуждение и заключения. Рассматриваемая в работе количественная система оценки процессов штамповки может применяться в обобщенном виде к любым формам изделий ОШ. Это позволяет повысить качество поковок и существенно снизить их технологическую себестоимость.

1. Моделирование процесса штамповки шара / В. Н. Перетятько [и др.] // Известия вузов. Черная металлургия. — 2008. — № 12. — С. 30–31.

2. Ковка и штамповка. Справочник в 4 т. / Под ред. Е. И. Семенова. — Москва : Машиностроение, 1986. — Т. 2. — 592 с.

3. Губкин, С. И. Выяснение причин расслоения металла (в плоскости облойного мостика) при объемной штамповке / С. И. Губкин, А. В. Юшков, С. И. Добровольский // Сб. науч. тр. ФТИ АН БССР. — Минск : Изд-во АН БССР, 1955. — Вып. 2. — С. 16–22.

4. Охрименко, Я. М. Технология кузнечно-штамповочного производства / Я. М. Охрименко. — 2-е изд., перераб. и доп. — Москва : Машиностроение, 1976. — 560 с.

5. Заславский, В. М. Новое в технологии штамповки дисков и колес / В. М. Заславский // Кузнечноштамповочное производство. — 1994. — № 1. — С. 25–26.

6. Вовченко, А. В. Совершенствование технологии процессов объемной штамповки на основе применения гранично-элементных расчетов / А. В. Вовченко. — Ростов-на-Дону : Изд. центр ДГТУ, 2011. — 264 с.

7. Автоматизированная система Форм-2Д для расчета формоизменения в процессе штамповки на основе метода конечных элементов / Г. Я. Гун [и др.] // Кузнечно-штамповочное производство. — 1992. — № 9/10. — С. 4–7.

8. Алиев, Ч. А. Система автоматизированного проектирования технологии горячей объемной штамповки / Ч. А. Алиев, Г. П. Тетерин. — Москва : Машиностроение, 1987. — 224 с.

9. Тетерин, Г. П. Основы оптимизации и автоматизации проектирования технологических процессов горячей объемной штамповки / Г. П. Тетерин, П. И. Полухин. — Москва : Машиностроение, 1979. — 284 с.

10. Резников, Ю. Н. Оптимизация заготовительных ручьев для поковок, изготовляемых объемной штамповкой / Ю. Н. Резников, Г. Г. Калинин // Кузнечно-штамповочное производство. — 1998. — № 10. — С. 8–10.

11. Reznikov, Yu. N. Ob optimizatsii protsessov deformirovaniya metallov [On the Optimization of Metal 47 Forming] / Yu. N. Reznikov, A. V. Vovchenko, V. E. Zhilenkov // Russian Metallurgy (Metally). — 2006. — № 1. — P. 33–37.

12. Резников, Ю. Н. Уменьшение длительности стадии доштамповки на основе моделирования формоизменения / Ю. Н. Резников, А. В. Вовченко, А. В. Быкодоров // Кузнечно-штамповочное производство. — 2001. — № 4. — С. 33–36.

13. Вовченко, А. В. О возможности улучшения решений обратных задач расчета формоизменения в процессах ОМД / А. В. Вовченко, Ю. Н. Резников, А. Н. Соловьев // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. — 2009. — № 3. — С. 60–64. — (Технические науки).

14. Reznikov, Yu. N. Raschet formy i razmerov zagotovok v protsessakh ob''emnoy shtampovki metodom verkhney otsenki [Calculation of shape and dimensions of semiproducts in processes of die forging using upper evaluation] / Yu. N. Reznikov // Steel in the USSR. — 1979. — February. — P. 78–82.

15. Вовченко, А. В. Оценка уровня оптимальности распределения накопленной деформации в поковках, изготавливаемых в открытых штампах / А. В. Вовченко // Вестник Дон. гос. техн. ун-та. — 2011. — Т. 11, № 6 (57). — С. 833–841.