На основі комп'ютерного моделювання зроблений аналіз причин виникнення дефекту (поверхневого викришування) Холодноштампованих деталі: проведено розрахунок накопичення температури на інструменті від операції до операції, змодельований процес поверхневого руйнування.

Анотація наукової статті з механіки і машинобудування, автор наукової роботи - Прасолова Анастасія Анваровна, Куликов Максим Олександрович, Ельдіб Ібрахім Саад Ахмед, Воронков Віктор Іванович


ANALYSIS OF THE APPEARANCE OF A DEFECT ON THE SURFACE OF A COLD-STAMPED DETAIL "CASE 'BY MEANS OF COMPUTER MODELING

In this paper research process of initiation surficial defect of cold die forging detail: computer simulations of increase tool temperature from operation bv operation, computer simulations of damage surfical laver.


Область наук:

  • Механіка і машинобудування

  • Рік видавництва: 2019


    Журнал: Известия Тульського державного університету. Технічні науки


    Наукова стаття на тему 'АНАЛІЗ ВИНИКНЕННЯ ДЕФЕКТУ НА ПОВЕРХНІ холодноштампованих ДЕТАЛІ 'КОРПУС' ЗА ДОПОМОГОЮ КОМП'ЮТЕРНОЇ МОДЕЛЮВАННЯ'

    Текст наукової роботи на тему «АНАЛІЗ ВИНИКНЕННЯ ДЕФЕКТУ НА ПОВЕРХНІ холодноштампованих ДЕТАЛІ" КОРПУС "ЗА ДОПОМОГОЮ КОМП'ЮТЕРНОЇ МОДЕЛЮВАННЯ»

    ?УДК 621.777.24

    АНАЛІЗ ВИНИКНЕННЯ ДЕФЕКТУ НА ПОВЕРХНІ холодноштампованих ДЕТАЛІ «КОРПУС» ЗА ДОПОМОГОЮ КОМП'ЮТЕРНОЇ МОДЕЛЮВАННЯ

    А. А. Прасолова, М.А. Куликов, Ельдіб Ібрахім Саад Ахмед, В.І. Воронков

    На основі комп'ютерного моделювання зроблено аналіз причин виникнення дефекту (поверхневого викришування) холодноштампованих деталі: проведено розрахунок накопичення температури на інструменті від операції до операції, змодельований процес поверхневого руйнування.

    Ключові слова: моделювання, шорсткість, руйнування, викришування, холодне штампування, нагрів інструменту, технологічна мастило.

    Розглянемо механізм утворення дефекту типу поверхневого ви-розриву або викришування на деталі «Корпус», одержуваної холодної об'ємним штампуванням. Матеріал деталі - сталь 20. Деталь штампується в 2 переходу. Перша технологічна операція і другі не поєднані в єдиний послідовний процес і виконуються в різний час. Дефект виникає на другому переході.

    Протяжність досліджуваної поверхні деталі «Корпус», на якій утворюється дефект, становить 6 мм (рис. 1).

    Мал. 1. Місце освіти дефекту

    З практики штампування деталі відомо, що дефект починає утворюватися, приблизно починаючи з 20-ї деталі в партії. Заміри шорсткості досліджуваної поверхні деталі «Корпус», виконані із застосуванням приладу профілограф-профілометр «Калібр 170311», показали, що поверхня має наступний профіль (рис. 2).

    Однією з можливих причин утворення дефекту може бути підвищення тертя, пов'язане зі зниженням антифрикційних властивостей технологічного мастила (фосфатування з омилюванням).

    V-

    метал деталі

    а - 1-я деталь в партії

    б - 20-я деталь в партії Рис. 2. Дійсний профіль поверхні деталі «Корпус»

    на довжині 6 мм

    Директивний технологічний процес фосфатування з омиліва-ням [1].

    1. Знежирення зразка бензином.

    2. Приміщення в розчин солі «Мажеф», нагрітої до 96 ... 100 ° С, на 15 (або від 5 до 60) хв.

    3. Промивання зразка в холодній воді.

    4. омилюванням зразка в розчині господарського мила (50 г / л. Води) при температурі 65 ° С протягом 10 хв.

    5. Сушка зразка в потоці гарячого повітря.

    Склад солі «Мажеф» (Мп (Н2Р04) 2х2Н20) відповідно до ТУ 609-02-570-2000 представлений в табл. 1.

    Таблиця 1

    Хімічний склад і деякі параметри солі «Мажеф»

    Компонент Кількість,%

    Частка фосфорної кислоти, в перерахунку на Р2О5 48,3

    Масова частка марганцю Мп 14, 7

    Масова частка заліза 0,6

    Масова частка нерозчинних у воді речовин 4,9

    Масова частка сульфатів 0,7

    Загальна кислотність 25

    Втрати при прожарюванні 19

    З урахуванням спостережуваних на практиці закономірностей можна припустити, що до 20-ї операції умови штампування доходять по деякому параметру до межі, після якого антифрикційні властивості мастила різко знижуються. Як відомо, технологічні мастила для холодного штампування на водній основі чутливі до підвищення температури. Отже, необхідно провести експеримент по визначенню температури на пуансоні після кожної операції. Результати даного експерименту наведені в таблиці (завмер виробляли на поверхні інструменту контактує з місцем утворення дефекту на деталі).

    Таблиця 2

    дані експерименту........

    Порядковий номер заготовки 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

    Експериментальні дані 47 53 62 72 80 87 90 92 95 97 98 98 98 99 99 99 100 100 100 100

    З експерименту видно, що вже приблизно з 10-ї операції температура на пуансоні стабілізувалася і складає приблизно 100 ° С, що близько до критичної для змащення, проте не перевищує її. При цьому потрібно враховувати, що виміри в експерименті проводилися через деякий час після закінчення штампування, тоді як температура на інструменті безпосередньо в момент формозміни як і раніше залишається невідомою. Розрахувати температуру на інструменті безпосередньо при деформації можна за допомогою комп'ютерного моделювання. Переконаємося в вірності розрахунків, верифікуємо дані моделювання на підставі порівняння температури після штампування, виміряні експериментально. Іншими словами, при моделюванні потрібно відтворити весь процес штампування: безпосередньо деформування і міжопераційні охолодження інструменту. Результати порівняння фактичного експерименту і моделювання показані на графіку (рис. 3).

    Як видно з рис. 3, розрахунки дають задовільну точність, а, отже, грунтуючись на даних розрахунках, можна оцінити температуру пуансона в процесі штампування, в момент початку штампування (з урахуванням межоперационного охолодження пуансона) і в момент закінчення штампування.

    1 2 3 4 5 6 7 У 9 10 11 12 13 14 15 16 17 1В 19 20 Порядковий номер деталі

    Мал. 3. Залежність температури на інструменті (пуансон) від порядкового номера в партії штампованої деталі (з урахуванням часу охолодження на повітрі перед виміром)

    З рис. 4 видно, що найвища температура на пуансоні в процесі деформації виникає на поверхні пуансона, під якою утворюється дефект. Щоб зрозуміти динаміку зміни температури на пуансоні, зручно вивести графіки температури досліджуваної області (над дефектом) на початок операції штампування, закінчення операції і різницю температур між закінченням попередньої операції і початком наступної.

    I

    Мал. 4. Температура на пуансоні в момент штампування

    -Дані по температурі

    Порядковий номер заготовки

    Мал. 5. Температура інструменту на початку робочого ходу

    180

    160

    140

    і

    то 120

    100

    я

    о. ії

    I е:

    <1!

    н 40

    20

    0

    [- • -Дані по температурі |

    1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Порядковий номер заготовки

    Мал. 6. Температура інструменту в кінці робочого ходу

    120

    100

    і

    »

    ?

    Л Ее

    П ш 40

    20

    0

    - Дані п р темп Ер ату ре

    1 2 3 4 5 7 У 9 10 11 12 13 14 15 16 17 1В 19 20 Порядковий ної ер заготовки

    Мал. 7. Температура охолодження пуансона між операціями

    272

    Як видно з рис. 5, 6 і 7, в проміжку між 12-й і 20-й деталлю партії процес межоперационного охолодження пуансона стабілізується: на момент початку операції температура становить приблизно 118 ° С, в процесі штампування пуансон нагрівається приблизно до 145 ° С і потім остигає приблизно на 30 ... 40 ° С. Мастильні матеріали на водній основі температура інструменту >140 ° С є вже вище рекомендованої. Рідка складова буде інтенсивно википати, шар мастила буде нерівномірним, антифрикційні властивості різко знизяться.

    Нерівномірність мастила може також призводити до поверхневого викошування. Саме поверхневе вищерблення деталі є, на погляд авторів, причиною виникнення дефекту. Розглянемо механізм викришування деталі, викликаного нерівномірністю мастила на поверхні. На рис. 8 схематично показана можлива картина нерівномірного розподілу мастила: в деякі виступи шорсткості деталі потрапляє речовина мастила, в деякі ні. При цьому сам профіль шорсткості виконаний відповідно до значень, наведеними в ГОСТ 2789-73 для шорсткості Ra 3,2. Шорсткість пуансона (Ra 0,4) не враховуємо, тому що вона істотно менше шорсткості деталі.

    У зонах безпосереднього контакту інструменту з заготівлею виникає пластична деформація виступів шорсткості. Западини, що містять мастило, є своєрідними резервуарами (кишенями), які утримують її. Мастило, розташована в западинах, надає розпирає вплив, і на які стримують її виступах виникають значні напруження.

    CMfljr-a) Cifijpri C ^ fiira

    Мал. 8. Схематичне представлення фрагмента поверхні

    деталі «Корпус»

    Для оцінки можливості руйнування виступів шорсткості скористаємося деформаційних критерієм руйнування матеріалу і оцінимо його значення в області западини профілю шорсткості (рис. 9). Деформаційний лінійний критерій руйнування [2] визначається за виразом

    = Гек_ОЕ_ г

    Йер (к) - 'К4

    273

    де? - ступінь використання запасу пластичності .; 8к - накопичена деформація до кінця процесу деформування; 8Р - накопичена деформація до моменту руйнування при постійному під час випробування показнику напруженого стану; до - показник напруженого стану; 8 -накопичення деформація. Відомо, що якщо? менше 1, то руйнування матеріалу відсутній, якщо? більше або дорівнює 1, то відбувається його руйнування [3].

    На рис. 9 представлена ​​схема моделювання, на рис. 10 - результати моделювання.

    Мал. 9. Схема моделювання

    Мал. 10. Поле розподілу ступеня використання запасу

    пластичності

    З рис. 10 видно, що біля основи виступу ступінь використання запасу пластичності дорівнює 1,5, що свідчить про високу ймовірність утворення тріщини і подальшого руйнування матеріалу: сколювання виступу шорсткості, іншими словами, викришування.

    Цікаво також порівняти розрахунки деформаційного критерію з класичною оцінкою міцності на основі напружень. На рис. 11 представлено поле розподілу інтенсивності напружень в осередку деформації.

    750.00 689.26 628.53 567.79 507.05 446.32 385.58 324.85 264.11 203.37 142.64 81.90 21.16

    Мал. 11. Поле інтенсивності напружень

    У основи виступу інтенсивність напруги дорівнює 740 МПа, що перевищує значення межі міцності на розрив стали 20 (<тв = 470 МПа). Для обґрунтування застосування такої оцінки необхідно переконатися, що в досліджуваній області переважають розтягують напруги. На рис. 12 показано поле показника напруженого стану. Відомо, що показник напруженого стану - це безрозмірна величина, яку застосовують для кількісної оцінки напруженого стану. Показник напруженого стану може бути розрахований за висловом [3]

    (2)

    <7;

    де <ТСР - середня напруга; Oi - інтенсивність напруги.

    -0.073 -0.158 -0.243 -0.327 -0.412 Ір.497 -0.581 -0.666

    Мал. 12. Поле розподілу показника напруженого стану (е досліджуваної області дорівнює 0.27)

    Позитивне значення показника напруженого стану свідчить про переважання напруг, що розтягують.

    Таким чином, комп'ютерне моделювання підтверджує гіпотезу механізму виникнення дефекту: високе значення температури на інструменті призводить до википання рідкої складової мастила, шар мастила стає нерівномірним, що призводить до викришування поверхні.

    Рекомендаціями щодо усунення дефекту можуть бути як різні способи зниження температури інструменту, так і застосування іншого мастила.

    Список літератури

    1. Хамідулін А. А. Вплив числа штампованих заготовок на кінцеву температуру деталі. // Известия МГТУ "МАМИ". № 2 (16), 2013. Т. 2. С. 202 - 205.

    2. Колмогоров В. Л. Механіка обробки металів тиском. М .: Металургія, 1986. 689 с.

    3. Опір деформації і пластичність металів при обробці тиском / Ю.К. Калпин [и др.]. М., 2007. 76 с.

    Прасолова Анастасія Анваровна, провідний фахівець, 707892 Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її., Росія, Москва, Московський політехнічний університет,

    Куликов Максим Олександрович, магістрант, kulikovm698 @ gmail. com, Росія, Москва, Московський політехнічний університет,

    Ельдіб Ібрахім Саад Ахмед, аспірант, Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її., Росія, Москва, Московський політехнічний університет,

    Воронков Віктор Іванович, канд. техн. наук. доцент, Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її., Росія, Москва, Московський політехнічний університет

    ANALYSIS OF THE APPEARANCE OF A DEFECT ON THE SURFACE OF A COLD-STAMPED DETAIL "CASE" BY MEANS OF COMPUTER MODELING

    A.A. Prasolova, K.A. Maxim, Eldib Ibrahim SaadAhmed, V.I. Voronkov

    In this paper research process of initiation surficial defect of cold die forging detail: computer simulations of increase tool temperature from operation by operation, computer simulations of damage surficial layer.

    Key words: computer simulations, roughness, damage initiation, surficial defect, cold die forging, heat up of tool, lubricant.

    Prasolova Anastasia Anvarovna, leading specialist, 70 7892 72 a ma.il. ru, Russia, Moscow, Moscow Polytechnic University,

    Kulikov Maxim Alexandrovich, master, kulikovm698 @ gmail. com, Russia, Moscow, Moscow, Polytechnic University,

    Eldib Ibrahim Saad Ahmed, postgraduate, eldeep l 09 @ yahoo. com, Russia, Moscow, Moscow Polytechnic University,

    Voronkov Viktor Ivanovich, candidate of technical sciences, docent, Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її., Russia, Moscow, Moscow Polytechnic University


    Ключові слова: МОДЕЛЮВАННЯ /ШОРСТКІСТЬ /РУЙНУВАННЯ /викришування /Холодне штампування /НАГРЕВ ІНСТРУМЕНТУ /ТЕХНОЛОГІЧНА ЗМАЩЕННЯ /COMPUTER SIMULATIONS /ROUGHNESS /DAMAGE INITIATION /SURFICIAL DEFECT /COLD DIE FORGING /HEAT UP OF TOOL /LUBRICANT

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити