ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ЦЕНТРА ДАВЛЕНИЯ ПРИ ШТАМПОВКЕ

DETERMINING THE POSITION OF THE CENTER OF PRESSURE DURING DIE FORGING

Olga Anatolievna Kazadaeva

Stupino Metallurgical Company,

Russia, Stupino

Alexey Viktorovich Pchelnikov

Stupino Metallurgical Company,

Russia, Stupino

АННОТАЦИЯ

В процессе объемной штамповки происходит неодновременное заполнение элементов фигуры штампа, а так же из-за различных условий деформирования давление на штамп в различных его областях может значительно отличатся. Этот эффект может привести к перекосу штампа, особенно при штамповке крупных поковок сложной формы, и в результате при изготовлении поковки появятся дополнительные погрешности. Этого можно избежать правильным расположением гравюры в штампе. Для этого необходимо рассчитать центр давления в поковке. В данной работе показано как, с помощью моделирования, возможно, вычислить цент давления через напряжения в узлах конечно-элементной сетки.

ABSTRACT

There is non-simultaneous filling of die cavity in the process of die forging. This is happening because environment is not constant in all part of forging. The pressure on forging dies is very different in the various zones. This different can create distortion of forging dies and forging part will received additional negative shape factor. This can be avoided by placing the die cavity correctly in the stamp. Center of pressure should be calculated from the stresses in the forgings. This paper shows how it is possible to calculate the center of pressure through the stresses in the nodes of the finite element mesh using simulation.

Ключевые слова: Qform, центр давления, штамповка, недоштамповка.

Keywords: Qform, center of pressure, die forging, mismatch die forging high.

Объемная штамповка является одним из самых распространенных способов получения полуфабрикатов для дальнейшей механической обработки. При штамповке формообразующий инструмент – штамп давит на заготовку и деформирует ее. Заготовка в свою очередь оказывает сопротивление деформирующему воздействию штампа. Величина давления заготовки на штамп зависит от материала, условий деформирования и конфигурации гравюры штампа. Таким образом, давление на гравюру штампа в различных его частях различно. При штамповке крупных поковок эта разница может быть значительна и привести перекосу штампа и так называемой клиновой недоштамповке, если с одной стороны давление будет значительно больше и точка приложения равнодействующей всех усилий штамповки (центр давления) будет значительно смещена от центра штампа. Для избегания такого эффекта необходимо правильно определять центр давления на гравюру штампа. В литературе [1,2] указывается на то, что это необходимо для повышения точности штамповки и снижения нагрузок на оборудование, но не приводится методик расчета. В пособии [3] указывается, что в качестве центра давления штампа, возможно, принять центр тяжести проекции поковки, что не учитывает особенности заполнения штампа. В данной работе предлагается способ определения центра давления на штамп с помощью моделирования.

Для примера рассмотрим поковку прямоугольной формы в плане и имеющей два кармана различной глубины, общий вид которой показан на рисунке 1. Для данной поковки проведено моделирование штамповки из кованой заготовки в программе Qform. Так же проведен расчет давления штампа на заготовку в конце штамповки (рис.1).

Рисунок 1. Общий вид поковки и поля давления штампа на поверхность заготовки

По цветовым полям давления видно, что давление поверхность заготовки не однородно. Наибольшее давление возникает в наиболее тонких местах поковки. Если продольном сечении поковки построить эпюру давления вдоль продольной оси, то будет заметна разница величины давления слева и справа от середины поковки ΔР (рис. 2). Такая разница и приводит к перекосу штампа.

Рисунок 2. Эпюра давления на поверхность поковки в продольном сечении

Рисунок 3. Условные сечения поковки

Определить положение центра давления заготовки на штамп возможно с помощью моделирования. В качестве эквивалента сопротивления заготовки воздействию штампа в вертикальном направлении можно принять главную компоненту тензора напряжений σ_z. Для данной поковки выполнено моделирование в программе Qform. После проведения моделирования заготовка была разделена на условные сечения перпендикулярно продольной оси с небольшим шагом dХ (рис. 3). От величины шага будет зависеть и точность расчета. Далее в каждом сечении определены средине значения σ_z по формуле:

где n_i – количество узлов, попавших в i-ое сечение;

σ_zj – напряжение в j-ом узле сечения.

Затем рассчитана координата центра давления по формуле центра тяжести:

где σ_avgi – среднее напряжение i-го сечения;

 х_i – координата i-го сечения.

При рассмотрении заполнения гравюры штампа в процессе моделирования можно выделить несколько этапов: этап 1 – формирование карманов (начало штамповки); этап 2 – начало формирования ребер; этап 3 – завершение формирования ребер; этап 4 – полное оформление поковки  и доштамповка. При расчете давления на поверхности на этих этапах видно, что оно значительно изменяется в процессе штамповки (рис. 4). Расчет центра давления так же показал, что его положение изменяется и может смещаться как в одну, так и в другую сторону (рис. 5).

Рисунок 4. Этапы формирования поковки

Рисунок 5. Положение центра давления в процессе штамповки

Данные расчеты позволяют определить центр давления при штамповке более корректно, чем определение центра давления как центр проекции поковки, и расположить гравюру в штампе таким образом, чтобы центр давления заготовки на штамп совпадал с осью штампа. Такой прием позволит избежать перекоса штампов.

 Список литературы:

1. Брюханов А.Н., Ребельский А.В. Горячая штамповка конструирование и расчет штампов. – Москва : изд. Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, 1952. - С. 146-151.
2. Ковка и штамповка : Справочник. В 4-х томах / Ред. Совет: Е.И. Семенов и др. – М.: Машиностроение, 1986. – Т.2. Горячая штамповка / Под ред. Е.И. Семенова, 1986. 592 с.
3. Технология изготовления деталей летательных аппаратов: Учеб.-метод. пособие / Л.В. Петунькина, Н.В. Курлаев, К.Н. Бобин – Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2015. -  С. 42-43.