Обробка матеріалів тиском

Дослідження МСЕ способу протяжки пустотілих поковок з дном без оправки

Oleg Markov — 2023-11-03

Марков О. Є., Хващинський А. С., Мусорін А. В., Лисенко А. А. Дослідження МСЕ способу протяжки пустотілих поковок з дном без оправки.

Досліджено спосіб протягування товстостінних пустотілих заготовок. Запропонований спосіб полягає в деформуванні пустотілої заготовки без оправки. Розроблено методику проведення теоретичних досліджень МСЕ. Методика призначена для визначення теплового, деформованого стану та формозміни заготовки при деформуванні пустотілих заготовок без використання оправки. Змінними параметрами були внутрішній діаметр пустотілої заготовки, який варіювався в інтервалі 0.30; 0.55; 0.80. На основі скінчено-елементного моделювання були встановлені: розподіл температур і інтенсивності логарифмічних деформацій в об’ємі пустотілої загото
вки після протягування без використання оправки. Визначався діаметр отвору пустотілої заготовки, який утворюється при протягуванні даним способом. Встановлювалися залежності інтенсивності подовження і потовщення стінки пустотілої заготовки. Був розроблений спеціальний показник для оцінювання подовження пустотілої заготовки. Було визначено, що при збільшені внутрішнього діаметру подовження пустотілої заготовки збільшується та знижується інтенсивність зменшення отвору. Загальною залежністю змодельованих схем протягування є те, що величина подовження пустотілої заготовки несуттєво змінюється для різних ступенів обтискань при сталих відносних розмірах пустотілої заготовки. Це дозволило встановити рекомендовану подачу для збільшення подовження пустотілої поковки та зменшення ступеня закриття отвору. Раціональна подача повинна складати (0.05...0.15)D. Результати скінчено-елементного моделювання перевірялися експериментальними дослідженнями на свинцевих зразках. Була запропонована методика експериментального моделювання. Встановлено, що при внутрішньому діаметрі заготовки (0.5...0.6)D, спостерігається максимум потовщення стінки. Встановлено, що результати з формозмінення заготовки, які отримані у теоретичному досліджені МСЕ, на 9...14 % більше за експериментальні. Достовірність результатів теоретичного моделювання підтверджується даними експерименту зі зменшення внутрішнього діаметру пустотілої заготовки. Різниця теоретичних результатів й експериментальних складає 9...12 %. Встановлені закономірності дають можливість визначати остаточний діаметр отвору пустотілої заготовки. За результатами моделювання встановлено, що протягування трубних заготовок без оправки цілком можливе. Цей спосіб розширює можливості техпроцесів виготовлення трубних заготовок

Напівгаряче та гаряче зворотне видавлювання з роздачою осесиметричної порожнистої деталі

Volodymyr Kaliuzhnyi — 2023-11-03

Калюжний В. Л., Ситник С. В., Савченко Д. В., Чучин О.В. Напівгаряче та гаряче зворотне видавлювання з роздачою осесиметричної порожнистої деталі.

За допомогою методу скінченних елементів змодельовано процес напівгарячого та гарячого зворотного видавлювання з роздачою порожнистого напівфабрикату із маловуглецевої сталі з виступами на донній частині. Метою роботи було отримати за допомогою методу скінченних елементів впливу температури початкової заготовки на параметри напівгарячого та гарячого зворотного видавлювання з роздачою вісесиметричного порожнистої деталі. Визначено початкові розміри заготовки для отримання напівфабрикату з необхідними формою та розмірами. Температура заготовки для напівгарячого видавлювання складала 700°С, для гарячого 1000°С. Поетапно описано процес зворотного видавлювання з роздачою порожнистого стакану. Проаналізовано процес зворотного видавлювання з роздачою та процес виштовхування готового виробу з матриці. Визначено залежність зусилля процесу зворотного видавлювання з роздачою від переміщення пуансону та залежність зусилля виштовхування сформованого порожнистого стакану з матриці від переміщення виштовхувача для напівгарячого та гарячого зворотного видавлювання з роздачою. Визначено розподіл питомих зусиль на торцях пуансону, виштовхувача та по висоті робочої поверхні матриці за допомогою величин нормальних напружень. Встановлено кінцеву форму та розміри порожнистої деталі. Пропрацювання структури металу в стінці та у донній частині виробу пластичною деформацією проаналізовано за допомогою величини інтенсивності деформацій. Поблизу контактуючих поверхонь між заготовкою та робочим інструментом показано температуру охолодження. Відображено розподіл температур, напруження та деформації для кінцевої стадії формоутворення.

Верхня оцінка силових параметрів поперечно-кутового видавлювання

Igramotdin Aliiev — 2023-11-03

Алієв І. С., Левченко В. М., Чучин О. В., Картамишев Д. О., Коцюбівська К. І. Верхня оцінка силових параметрів поперечно-кутового видавлювання

У роботі розглянуто процес комбінованого поперечно-кутового видавлювання відростка під кутом у матриці з нахиленою ділянкою. Моделювання силового режиму процесу комбінованого видавлювання методом верхньої оцінки виконано з використанням універсальних кінематичних модулів, що дозволило незалежно оцінити вплив геометричних параметрів на тиск деформування. Підтверджено можливість доповнення приведених тисків при послідовному комбінуванні схем видавлювання. Встановлено, що вибір розрахункової схеми та аналіз процесу необхідно вести в залежності від відносної висоти осередку деформації. Розрахункові формули для плаского поперечного видавлювання, отримані методом верхньої оцінки, показують результати, близькі до експериментальних даних та до аналогічних рішень для інших задач плаского деформування в процесах доштампування та осадки, що відрізняються видом поля швидкостей та умовами тертя на границях. Залежності для тиску деформування при кутовому видавлюванні в матриці з нахиленою твірною отримано з використанням трикутного модуля, для якого описано методику розрахунку компонентів тиску на лініях розриву швидкостей. Графічним аналізом залежності приведеного тиску встановлено, що найбільший вплив на рівень тиску має параметр – відносна товщина відростка h/s, що характеризує ступінь обтиснення металу. Рекомендації щодо розрахунку силових параметрів поперечно-кутового видавлювання можуть бути використані при проектуванні процесів видавлювання як деталей з відростками, так і порожнистих конічних виробів.

Використання профільованого деформуючого інструменту при гарячому обтиску осесиметричних порожнистих заготовок

Оlexander Kaliuzhnyi — 2023-11-04

Калюжний О.В., Горностай В.М., Левченко В.М. Використання профільованого деформуючого інструменту при гарячому обтиску осесиметричних порожнистих заготовок

Методом скінченних елементів створено математичні моделі та проведено дослідження прямого і зворотного способів гарячого обтиску з використанням традиційного деформуючого інструменту та деформуючого інструменту спеціального профілю. Для обтиску використано порожнисті заготовки із високовуглецевої сталі зі змінною за висотою товщиною стінки та з нагрівом до температури гарячої деформації частини стінки, яка підлягала деформуванню. При моделюванні процесу методом скінчених елементів використано пластичну модель суцільного середовища, задачу розглядали в циліндричній системі координат. Встановлено, що прямим і зворотним обтиском традиційним інструментом отримати виріб потрібних розмірів за один перехід неможливо. Проведені розрахунки показали, що застосування матриці і контейнеру спеціального профілю з деформуючими поверхнями, виконаними з кільцевими виступами і впадинами, дозволяє отримати виріб за один перехід завдяки зменшенню впливу сил тертя при формоутворенні. Визначено швидкість деформування, необхідну для дотримання режиму гарячої деформації на протязі процесу обтиску, та наведено кінцевий розподіл температури металу. Отримано залежності осьової сили на деформуючому інструменті від переміщення пуансону при прямому обтиску і матриці при зворотному та розподіл питомих зусиль на контактуючих поверхнях. Встановлено, що застосування прямого обтиску призводить до пом’якшення силового режиму і зниження питомих зусиль на інструменті. Також визначено кінцевий напружено-деформований стан металу, форму і розміри виробу. За розподілом інтенсивності деформації проведено оцінку пропрацювання структури металу пластичною деформацією. Наведено розроблену на основі результатів моделювання конструкцію загального виду штампового оснащення для виконання прямого обтиску.

Аналіз процесу обтиску товстостінної циліндричної заготовки

Vyacheslav Titov — 2023-11-04

Тітов В. А., Максимів І. М., Герасимов В. О. Аналіз процесу обтиску товстостінної циліндричної заготовки

Проведено детальний аналіз процесу обтиску товстостінної циліндричної заготовки. Зазначений процес є важливим для виробництва різних компонентів, таких як циліндри, труби та інші вироби з циліндричною формою. Ця робота дозволяє краще розуміти механічну поведінку матеріалів під час обтиску. Метою дослідження є аналіз точності внутрішньої поверхні циліндричної заготовки, яка формується у результаті зазначеного технологічного процесу. Аналіз базується на використанні припущень про пластичну та пружну поведінку матеріалу заготовки. Важливим аспектом є також припущення про плоский деформований стан та об'ємний напружений стан, що враховується при розгляді процесу формування зони пластичних та пружних деформацій в поперечному перерізі заготовки. Застосовані припущення про пластичність та пружність матеріалу, а також про плоский деформований стан та об'ємний напружений стан, дозволили розглянути процес формування зони пластичних та пружних деформацій в поперечному перерізі заготовки. З урахуванням цих особливостей були запропоновані основні рівняння для розрахунку процесів деформування та формоутворення. Отримані результати дозволяють описати процеси обтиску та деформуючого протягування за допомогою кривих деформування, що спрощує аналіз та розрахунок цих процесів. Встановлена необхідність проведення технологічних процесів з метою мінімізації пружиніння після деформування після виникнення пластичних деформацій по всій товщині заготовки.

Литоподібні архітектури, сформовані методами інтенсивної пластичної деформації

Yan Beygelzimer — 2023-11-04

Бейгельзімер Я. Ю., Кулагін Р. Ю., Естрін Ю. З., Давиденко О. А., Дмитренко В. Ю. Литоподібні архітектури, сформовані методами інтенсивної пластичної деформації

Одна з найбільш ефективних концепцій сучасного матеріалознавства - матеріали з внутрішньою архітектурою (architectured materials), полягає в максимально можливому використанні тих резервів, які надає структура матеріалу по формуванню його властивостей. У статті описаний новий підхід до створення таких матеріалів, заснований на тому, що композиції з різних металів піддають великому зсуву під високим тиском. Для цього використовують добре розвинені в даний час методи інтенсивної пластичної деформації (ІПД): кручення під високим тиском, рівноканальне кутове пресування, гвинтова екструзія тощо. Дослідниками показано, що ІПД-обробка призводить до міцного з'єднання компонентів композиції між собою та контрольованого формування в ній мультімасштабних структур. На нижньому масштабному рівні створюються наноструктури, головним елементом яких є нерівноважні висококутові границі зерен, товщиною близько 1 нм. На проміжних масштабних рівнях, з характерним розміром елементів порядку 1-100 мкм, формуються мезоструктури, подібні до тих, що спостерігаються в літосфері землі: складки, будини, вихрові структури, кінк-бенди, смуги зсуву та ін. Звідси і назва нового підходу - літоміметіка. Є підстави вважати, що на цьому шляху можуть бути створені нові матеріали з високою в'язкістю руйнування і з властивостями, які зазвичай разом непоєднувані, наприклад: високою міцністю, високою пластичністю, низьким модулем Юнга, малою густиною, гарною біосумісністю та ін.

Прогнозування напружено-деформованого стану заготовки для нового методу інтенсивної пластичної деформації з використанням САЕ-системи та нейронної мережі

Oleksandr Tarasov — 2023-11-04

Тарасов О. Ф., Васильєва Л. В., Грибков Е. П., Мирошниченко Д. В. Прогнозування напружено-деформованого стану заготовки для нового методу інтенсивної пластичної деформації з використанням САЕ-системи та нейронної мережі

Схема запропонованого процесу деформування дозволяє виконати інтенсифікацію зсувних деформацій в перерізі заготовки і за характером впливу на заготовку відповідає методам інтенсивної пластичної деформації. На відміну від інших методів реверсивного зсуву, в результаті кожної операції деформування отримується симетрична форма поперечного перерізу заготовки. Процеси такого типу простіше у реалізації, легше масштабуються, але вимагають вибору геометричної форми штампу, щоб забезпечити необхідний розподіл накопиченого ступеня деформації в поперечному перетині заготовки.

Розроблений програмний комплекс для виконання прогнозу зміни значень напружено-деформованого стану в заданих точках заготовки на основі нейронної мережі, який базується на результатах моделювання в САЕ-системі, і працює паралельно з нею. Виконано прогнозування за допомогою нейронної мережі процесу змінення напружено-деформованого стану заготовки в процесі розрахунку в САЕ-системі. Перевірка відбувалась на значеннях еквівалентної деформації, яка була розрахована при зміненні кількості точок в тілі заготовки від 1 до 5. Час підготовки даних, аналізу та прогнозування значень нейронної мережі не перевищував 60 с. Точність прогнозу значень еквівалентної деформації, який був отриманий в результаті розрахунків, змінювалась у межах 85–99 %. Також підтверджено залежність точності прогнозу від розміру тренувальної вибірки. Це дозволяє використовувати нейронну мережу для прогнозування, наприклад, небажаних тенденцій змінення напружено-деформованого стану заготовки в процесі розрахунку і вчасно припиняти роботу САЕ-системи для переходу до інших значень параметрів розрахунку. Таким чином комбіноване використання САЕ-системи та нейронної мережі може суттєво зменшити час вибору оптимальних значень параметрів геометрії штампу за рахунок прогнозування напружено-деформованого стану в заданих точках заготовки.

Оцінка подовження ресурсу пластичності конструкційного алюмінієвого сплаву системи Al-Mg-Sc методами термомеханічної обробки

Andrii Titov — 2023-11-04

Тітов А. В., Корева В. О., Тимошенко О. В. Оцінка подовження ресурсу пластичності конструкційного алюмінієвого сплаву системи Al-Mg-Sc методами термомеханічної обробки

Розроблена методика та проведено дослідження подовження ресурсу пластичності конструкційного алюмінієвого сплаву системи Al-Mg-Sc термомеханічною обробкою з використанням проміжних відпалів при процесах деформування. Проводились випробування на зразках за схемою на розтяг. Для проведення експериментального дослідження по визначенню подовження ресурсу пластичності термомеханічною обробкою використано зразки із листа товщиною 2 мм із алюмінієвого сплаву системи Al-Mg-Sc. Наведені результати досліджень для різних коефіцієнтів використання ресурсу пластичності на і-му переході. Встановлена величина сумарної реалізованої пластичності, яка відображає вплив проміжних операцій термообробки на пластичність сплаву після механічної обробки деформацією. В результаті, встановлено, що падіння ефективності проміжного відпалу пояснюється накопиченням пошкоджень металу при попередній деформації. Встановлено, що за допомогою проміжних відпалів забезпечується зростання ресурсу пластичності матеріалу в 1,5…1,6 рази. Наведені залежність сумарної реалізованої пластичної деформації від кількості циклів «Д+ТО», залежність залишкового ресурсу пластичності на -му циклі від кількості циклів та залежність коефіцієнта відновлення ресурсу пластичності від кількості циклів «Д+ТО. Також побудована гранична поверхня залежності пластичності матеріалу від термомеханічної обробки та кількості переходів за результатами повного дослідження, яка визначає пластичність матеріалу в залежності кількості циклів обробки «деформація + термічна обробка» та дозволяє вибирати параметри заготовок деталі на етапі проектування технологічного процесу.

Дослідження способу деформування пустотілих заготовок з дном бойками зі скосами

Oleg Markov — 2023-11-04

Марков О. Є., Станков В.Ю., Панов В. В., Зінський В. М. Дослідження способу деформування пустотілих заготовок з дном бойками зі скосами

У роботі запропоновано та досліджено новий спосіб протягування заготовок інструментом зі скосами. Заготовки протягувалися вирізними бойками з кутами вирізу α = 90°, 115°, 140°, кутами скосу вирізів β= 10°, 20°, 30° і довжиною горизонтальної полиці деформуючої частини (яка визначає величину подачі) а = 100, 200, 300 мм. Ступінь деформації заготівлі становив 20 %, 40 % та 60%. Загальною закономірністю для досліджуваних схем кування є те, що при протяжці порожнистих заготовок з діаметром отвору d₀/D = 0,3 відбувається заковування отвору при обтисканні більше 40%. Отримані результати показують, що переважний вплив на заковування робить вихідний діаметр отвору заготовки. Однак інтенсивність заковування отвору зменшується зі збільшенням ступеня обтиснення заготовки. Загальною закономірністю для досліджуваних схем кування є те, що інтенсивність кування отвору однакова при різних обтисненнях для постійних співвідношеннях розмірів заготовки. При подачах більше 0,2D не відбувається якісної та кількісної зміни залежності зміни ступеня та інтенсивності заковування отвору. Подача, що рекомендується, повинна бути в діапазоні (0,1...0,2)D. Після проведення теоретичного дослідження, дослідження деформованого стану металу заготовки та механізму заковування отвору циліндра, була обрана найефективніша схема, в якій вирізні бойки мали виріз 115° і ширину деформуючої частини 0,1D, геометричні параметри d₀/D = 0,8. У даній схемі при протяжці плин металу відбувалося вздовж осі, що сприяє подовженню поковки і не повному заковування отвору.

Експериментальне дослідження нового процесу деформування поковок типу гільз

Oleg Markov — 2023-11-04

Марков О. Є., Молодецький В. В., Зінській В. М., Абхарі П.Б. Експериментальне дослідження нового процесу деформування поковок типу гільз

Проведено дослідження нового способу виготовлення пустотілих гільз. Запропонований метод полягає в деформуванні порожнистої заготовки з дном без оправки. Запропоновано методику проведення експериментальних досліджень на основі закону подібності. Методика призначена для визначення подовження, заковування внутрішнього діаметра та збільшення товщини стінки порожнистої заготовки при деформуванні пустотілих поковок з дном без використання оправки. Варіювали таким параметром – діаметр отвору пустотілої заготовки, який змінювався в діапазоні 0,3 ... 0,8. Було встановлено діаметр отвору пустотілої заготовки, який зменшується при деформуванні розробленим методом. Були встановлені закономірності інтенсивності витяжки та збільшення товщини стінки пустотілої заготовки. Було запропоновано параметр для визначення ступеня витяжки порожнистої заготовки. Було зазначено, що при збільшенні діаметра отвору інтенсивність подовження порожнистої заготовки підвищується та зменшується ступінь закриття внутрішнього діаметра. Визначальною закономірністю досліджених схем деформування є те, що значення витяжки порожнистої заготовки мало змінюється залежно від ступеня деформації при однакових вихідних геометричних параметрах порожнистої заготовки. В результаті було визначено ефективну подачу, яка підвищує ступінь витяжки порожнистої заготівлі та зменшує ступінь заковування внутрішньої порожнини. Ефективна подача повинна бути в діапазоні 10...15% від вихідного діаметру заготовки. Ці результати були встановлені на зразках із свинцю з додаванням сурми. Також встановлено, що при діаметрі отвору пустотілої заготовки приблизно 0,55 від діаметра заготовки відбувається інтенсивне збільшення товщини стінки заготовки. Похибка отриманих експериментальних результатів становить 7...11%. Встановлені залежності дозволяють визначати кінцевий діаметр отвору пустотілої заготовки. Результати дослідження дозволили встановити, що деформування порожнистих заготовок без оправки є можливим. Розроблений спосіб розширює технологічні можливості процесів виготовлення поковок типу гільз.

Штампування базових вузлів станин верстатів

Pavlo Havrysh — 2023-11-04

Гавриш П. А., Абхарі П. Б., Малигін М. О., Кассов В. Д. Штампування базових вузлів станин верстатів

Проведений аналіз і оцінка можливостей виготовлення базових вузлів металоконструкції станини верстатів показали необхідність розглянути способи комбінованого видавлювання, а також використання штампів з рознімними матрицями. Отримання такої складної деталі як базовий вузол технологією обробки металів штампуванням це перспективний напрямок отримання базового вузла з високою точністю згідно вимог нормативної документації. Для уточнення технології виготовлення базового вузла виконано математичне моделювання процесів точного об'ємного штампування в закритих матрицях за допомогою програми методу скінченних елементів DEFORM 2D/3D, яка дозволяє визначати напружено деформований стан і силовий режим процесу. В результаті моделювання визначена залежність зусилля видавлювання від переміщення пуансона. Встановлено, що зусилля постійно зростає на протязі процесу формоутворення і досягає величини 4,75 МН в кінці видавлювання. Показано, що найбільша інтенсивність деформації зосереджена в середині осередку деформації процесу штампування.

При дослідженні напруження в окремих частинах верстатів відомо, що з-за нерівномірності навантаження і концентрації напружень в окремих вузлах найбільш важливе значення набуває – втомна міцність металоконструкції станини та її жорсткість. Тому підвищення точності роботи і працездатності базових вузлів є нагальної метою для науковців. Визначено, що саме недоліки і дефекти зварювання можуть знизити довговічність роботи верстату, точність та якість виготовлення деталей на верстаті. Тому, удосконалення металоконструкції станини верстату шляхом застосування базового вузла підвищує точність роботи верстату та його працездатність.

Радіально-поздовжне видавлювання деталей з фланцем і відростком

Volodymyr Levchenko — 2023-11-04

Левченко В. М., Алієва Л. І., Абхарі П. Б., Сивак Р. И. Радіально-поздовжне видавлювання деталей з фланцем і відростком

Розглянуто способи виготовлення порожнистих та стрижневих осесиметричних деталей з фланцем та осьовим відростком видавлюванням. Залежно від конструкції та параметрів деталі виділено дві групи переважно прийнятих способів комбінованого видавлювання: радіально-зворотного та радіально-прямого видавлювання. Наведено результати моделювання процесу комбінованого радіально-прямого видавлювання стрижневої деталі з фланцем методом скінчених елементів з використанням програмного комплексу QForm. Підтверджено, що при комбінованому видавлюванні деталі з фланцем і відростком з течією металу в радіальному і прямому напрямках в нерухомій матриці осередок пластичної деформації об’єднаний. При цьому фланець, сформований радіальним видавлюванням, може стати застійною зоною, уздовж якої метал буде переміщатися в прямому напрямку. Це викликає небезпеку руйнування деталі та відділення фланця. Новий спосіб комбінованого видавлювання в рухомій матриці передбачає роз’єднання осередків видавлювання металу в радіальному та прямому напрямках з початку процесу. Дана оцінка закономірностей формозміни та розвитку деформованого стану заготовки в процесі комбінованого видавлювання в рухомій матриці. Встановлено, що рухливість матриці запобігає небезпеці відділення фланця. При цьому зберігається зосередження зон з найбільш інтенсивною деформацією у вихідних отворів на перехідних кромках формоутворюючого інструменту. Зіставлення деформованого стану заготовки, отриманого методом скінчених елементів з експериментальними даними, отриманими методом ділильних сіток, показало близький характер полів деформацій у пластичній зоні.

Розвиток та особливості використання електрогідравлічного ефекту для штампування високоточних великогабаритних листових деталей

Mykhailo Taranenko — 2023-11-04

Тараненко М. Є., Нарижний О. Г. Розвиток та особливості використання електрогідравлічного ефекту для штампування високоточних великогабаритних листових деталей

В статті відзначена мала ефективність використання традиційних схем електрогідравлічного штампування при виготовленні великогабаритних листових деталей. Запропоновано використовувати для прототипного виробництва таких деталей багатоелектродні розрядні блоки. Зроблено висновок про їх потенційну ефективність та особливості процесу, що ускладнюють штампування. Визначено причини цих ускладнень: недостатня керованість потоками енергії у просторі та різке падіння параметрів навантаження після декількох сотень ЕГ-розрядів. Задачами дослідження стало обґрунтування можливостей просторового управління навантаженням в межах технологічного простору та підвищення стійкості робочих електродів, що піддаються великим силовим навантаженням та електричній ерозії.

За допомогою математичного моделювання показано, що процес передачі енергії від генератора струму до об’єкту обробки носить струминний характер. Це дає можливість управління потоками енергії у просторі технологічного блоку. На практичних прикладах показано можливість подальшого збільшення ефективності самих процесів формоутворення та експлуатаційних характеристик обладнання. Експериментальним шляхом підтверджено досліджувані результати.

Експериментальні доробки елементів технологічного оснащення електрогідравлічного пресу дозволили збільшити період міжремонтної експлуатації до одного місяця, що є задовільним для дослідницького виробництва.

При більше інтенсивній експлуатації встаткування можна використати варіант оснащення одного преса двома комплектами багатоелектродних розрядних блоків, при якому один блок експлуатується, а другий – ремонтується. При виконанні робіт використовувався метод математичного моделювання, адекватність якого підтверджено раніше, і експериментальний метод.

Вплив широкосмугових мікроамплітудних вібрацій на процес штампування

Sergiy Kovalevskyy — 2023-11-04

Ковалевський С. В., Ковалевська О. С., Коваленко О. М. Вплив широкосмугових мікроамплітудних вібрацій на процес штампування

Штампування є широко використовуваним методом виготовлення деталей з металу, пластика та інших матеріалів. Цей метод дозволяє отримувати деталі з високою точністю розмірів і форми, а також з хорошими механічними властивостями. Однак, штампування часто супроводжується дефектами поверхні та недостатньою точністю виробу. Ці дефекти можуть призвести до зниження якості деталей і їх експлуатаційних характеристик. Одним із способів покращення якості поверхні деталей при штампуванні є використання вібрацій. Вібрації можуть впливати на різні фактори, які впливають на якість поверхні деталей, такі як сила тертя, розподіл матеріалу і деформації. У статті розглядається вплив широкосмугових мікроамплітудних вібрацій на якість поверхні деталей при штампуванні. Автори статті розробили три математичні моделі, які описують поведінку сили тертя, розподіл матеріалу і деформації в умовах вібрацій. Результати досліджень показали, що вібрації можуть покращити якість поверхні деталей при штампуванні, особливо для м'яких матеріалів. Вібрації можуть зменшити силу тертя між інструментом і заготовкою, що може призвести до зменшення задирок і інших дефектів поверхні. Вібрації також можуть покращити розподіл матеріалу в зоні штампування, що може допомогти підвищити точність виробу, підвищити якість поверхні та підвищити продуктивність технологічного процесу. Автори статті стверджують, що математичні моделі, розроблені в рамках їх дослідження, є корисними інструментами для прогнозування впливу вібрацій на якість поверхні деталей. Ці моделі можуть бути використані для оптимізації параметрів штампування з метою отримання найкращої якості поверхні деталей.

Вплив технологічних параметрів асиметричної прокатки на фізико-механічні властивості порошкових титанових стрічок

Kazbek Gogaev — 2023-11-04

Гогаєв К.О., Воропаєв В.С., Подрезов Ю.М., Мінаков М.В., Вдовиченко О.В. Вплив технологічних параметрів асиметричної прокатки на фізико-механічні властивості порошкових титанових стрічок

Для відпрацювання оптимальних технологічних режимів отримання титанових стрічок з максимальною сирою міцністю при застосуванні схеми асиметричної прокатки. використано комплексний підхід, який передбачає дослідження впливу кількох технологічних факторів: схеми деформування (симетрична та асиметрична прокатка), температури прокатки, зусилля на валках та захисного середовища. Проведені дослідження показали, що використання методу асиметричної прокатки дозволяє значно підвищити механічні властивості титанових стрічок в порівнянні з симетричною прокаткою завдяки зсувній компоненті деформації, яка покращує умови контактоутворення на міжчасткових границях. Оптимальними умовами асиметричної прокатки титанових стрічок слід вважати температури прокатки 200–400 ^оС та притискне зусилля ~100 кН. За цих умов стрічки демонструють найвищу сиру міцність ~ 800 МПа та динамічні характеристики, що наближається до таких властивостей компактного титану. Після прокатки при 200 ^оС стрічки мають найбільшу твердість Н_μ= 200–215 МПа. Цей показник значно вищий, ніж у рекристалізованого титану, але суттєво поступається значенням мікротвердості, що отримані на зразках з титану, продефомованих методами інтенсивної деформації. Відносно низька твердість а також незмінність геометричних розмірів стрічок після різних режимів деформування, свідчить про локальний характер інтенсивного зсуву на міжчасткових границях, який посилює процес контактоутворення. Використання захисної атмосфери дозволяє підвищити сиру міцність та пластичність, хоча стрічки залишились відносно крихкими, їх максимальна деформація до руйнування не перевищувала 1,5 %.

Експериментальне дослідження процесу правки прокату на багатороликових правильних машинах

Eduard Gribkov — 2023-11-04

Грибков Е. П., Доброносов Ю. К., Коваленко А. К. Експериментальне дослідження процесу правки прокату на багатороликових правильних машинах

Правка листового прокату грає важливу роль в формуванні якісних характеристик готової продукції. На сучасних металургійних підприємствах використовуються багатороликові листоправильні машини з індивідуальним налаштуванням роликів. Цього типу машини мають гнучку систему технологічних налаштувань, що вимагає від математичної моделі процесу правки вирішення задач з автоматизованого проектування. Причому якщо для сталей загальномашинобудівного призначення раціональне значення положення роликів знаходиться в широкому діапазоні, то для високоміцних сталей це дуже вузьке поле, що вимагає від математичної моделі дуже точного результату. Найбільш точними моделями є моделі, засновані на використанні методу скінченних елементів. В роботі була розроблена скінченно-елементна модель процесу правки листів у багатороликовій машині. Для перевірки адекватності розробленої моделі були проведені експериментальні дослідження в лабораторних умовах. Лабораторна установка являла 9-роликову листоправильну машину з діаметром роликів 100 мм, розташованих з кроком 105 мм. Налаштування роликів призводили за допомогою гвинтового механізму. Дослідження проводили для 5-роликового варіанту машини. Всі ролики були приводними. Експерименти проводили для листів трьох товщин: 2.5, 3.5 та 9.0 мм. Ширина листа для товщини листа 2.5 мм склала близько 150 мм, для інших – 100 мм. Було використано по 4 листа кожної товщини. Вимірювання сили правки здійснювали за допомогою кільцевих месдоз, встановлених між натискним гвинтом та подушкою роликів. Для обробки сигналу був використаний АЦП. Порівняння експериментальних даних процесів правки листів з результатами розрахунків свідчить про їх якісний та кількісний збіг. При цьому похибка розрахунку сили правки на третьому ролику не перевищувала 16,5%. Порівняння показує достатній ступінь надійності розроблених математичних моделей і можливість їх застосування на існуючому промисловому обладнанні.

Визначення впливу геометрії штрипса, режимів стикового зварювання та валкового формування на міцність зварного шву холодногнутих коритних профілів

Volodymyr Kukhar — 2023-11-04

Кухар В. В., Малій Х. В., Штода М. М., Грудкіна Н. С., Бойко І. О., Спічак О. Ю. Визначення впливу геометрії штрипса, режимів стикового зварювання та валкового формування на міцність зварного шву холодногнутих коритних профілів

При дослідженні впливу умов з’єднання заготовки з холоднокатаної штаби (штрипсу) товщиною від 1,0 мм до 1,35 мм електричним стиковим зварюванням на межу міцності (s_в), показник міцності (П) і відносне подовження (d%) коритного профілю в його фланцях і в основі після багатопрохідної холодної прокатки, проводили експериментальне варіювання напруги у вторинному колі зварювальної котушки від 2,7 В до 3,6 В. Після випробувань на розтяг отримано дані, що характеризують залежність міцнісних характеристик профілю від товщини матеріалу заготовки при стабільних режимах зварювального струму стикового зварювального апарату. Встановлено нерівномірний розподіл міцнісних властивостей по поперечному перерізу (довжині поперечного зварювального шва), що пов’язано з незадовільним притиском торців штрипсу при стиковому зварюванні в режимі вимкнення (зменшення) поточного зварювання. Виявлені випадки зниження міцнісних характеристик відкритого перетину в одній з полок і в основі, що слід однозначно віднести до впливу початкової непаралельності торців штрипсу, що зварюється. Найкращі результати показав режим зварювального струму U = 2,7 В для штрипсу товщиною 1,0 мм. Отримані регресійні рівняння, що пов’язують характеристики міцності профілів з режимами їх зварювання попереду профілювання.

Кутові параметри осередку деформації під час прокатування металевих порошків (огляд)

Oleksandr Radchenko — 2023-11-04

Радченко О. К., Гогаєв К. О., Аскеров М. Г., Воропаєв В. С. Кутові параметри осередку деформації під час прокатування металевих порошків (огляд)

Зважаючи на складність процесу прокатування порошків, а також те, що існує потреба прогнозування режимів прокатування нових порошків та складних порошкових систем, встановлення кутових параметрів осередку деформації є актуальною задачею. Особливо важливим є знання кутових параметрів при оптимізації режимів прокатування у випадках коли ця операція є останньою при одержанні готового продукту. В огляді розглянуто кутові параметри, що характеризують симетричний осередок деформації при прокатуванні металевих порошків у валках з гладкою поверхнею. Показано, що прокатування металевих порошків є складним процесом, для опису якого в різний час були запропоновані різні кутові параметри. Розглянуто 11 кутів, їх назви, опис, методи визначення та розрахунку. Більшість з них мали кілька назв з яких обрані найбільш вдалі. Для трьох з них запропоновані нові назви, що повніше характеризують їх фізичну сутність. Проаналізовано величини кутів для різних порошків та різних методик їх вимірювання. Встановлені параметри від яких залежать кути, що розглядаються. Найбільш повно досліджено кут захвату порошку. Для кута захвату, за наявними літературними даними, параметри від яких він залежить ранжовані за їхньою значимістю. У порядку зменшення ступеня впливу досліджених параметрів кут захвату залежить від коефіцієнта тертя валок-порошок, коефіцієнта бічного тиску; відносної насипної щільності порошку; ширини бункера та зовнішнього зусилля, що прикладають до порошку. Залишився недослідженим вплив на кут захвату фізико-механічних властивостей матеріалу частинок. До існуючих кутів доданий кут випередження, який у парі з кутом відставання охоплює увесь осередок деформації. Показано, що співвідношення кутів відставання та випередження може бути використане для характеристики таких ознак осередку деформації як симетричність та наявність переднього натягу, а також може характеризувати пластичні властивості матеріалу частинок.

Розробка перспективних технологій і конструкцій обладнання для безвідхідного розділення прокату

Sergii Karnaukh — 2023-11-05

Карнаух С. Г., Чоста Н. В. Розробка перспективних технологій і конструкцій обладнання для безвідхідного розділення прокату

Метою даної роботи є розробка перспективних технологій і конструкцій обладнання для розділення сортового прокату на мірні заготовки. На підставі аналізу розробленого класифікатора безвідхідних способів поділу сортового прокату на мірні заготовки розроблено програмне забезпечення для вирішення задачі синтезу комбінованих методів обробки заготовок. З використанням засобів комбінаторики проведено пошук варіантів реалізації безвідхідних способів поділу сортового прокату за основними ознаками. На підставі отриманих результатів розроблено технологію для безвідхідного розділення сортового прокату і перспективні конструкції обладнання для розділення сортового прокату на мірні заготовки. Сутність запропонованих технологічних і конструктивних рішень полягає в тому, що енергія пружної деформації станини і привода обладнання, яка накопичується і миттєво вивільнюється в обладнанні для реалізації розділових операцій, використовується для здійснення корисної роботи – нанесення концентратора напружень. Концентратор напружень може бути нанесений, як за рахунок впровадження в прокат клинового ножа і нанесення концентратора трикутної форми, так і часткового зсуву заготовки відносно штанги. При нанесенні концентратора напружень в площині розділення виникають та розвиваються субмікро- і мікротріщини, які накопичуються, що зумовлює напрямок майбутньої макротріщини. При цьому в обсязі металу, що примикає до площини руйнування, розвивається зміцнення, що супроводжується зміною механічних характеристик макро- і мікроструктури металу. Підвищується тимчасовий опір, межа текучості, знижуються характеристики пластичності. Зароджується макротріщина на лінії, що з'єднує западини надрізів, які виникають при зсуві заготовки відносно прокату. Макротріщина може мати гранично великі розміри, що відповідає оптимальним вимогам, які висуваються до процесу холодної ломки згином. При цьому вздовж всієї траси руху наведеної тріщини створюються додаткові напруження стиску, які орієнтовані уздовж необхідного напрямку розкрою, що забезпечує стабілізацію траєкторії тріщини. Застосування запропонованих розробок дозволяє отримувати заготовки високої якості, підвищити продуктивність процесу поділу трубчастих заготовок, розширити технологічні можливості обладнання, підвищити надійність роботи обладнання, підвищити культуру виробництва.

Дослідження впливу магнітного стану пробивних пуансонів з швидкорізальної сталі на стійкість

Mykolaj Kindenko — 2023-11-05

Кінденко М. І. Дослідження впливу магнітного стану пробивних пуансонів з швидкорізальної сталі на стійкість

Робота присвячена дослідженню питань, пов'язаних з дослідженням впливу магнітного стану і полярності робочої частини пробивних пуансонів з швидкорізальної сталі Р6М5 та Р6М5К5 на стійкість після магнітно-імпульсної обробки, що є поєднанням електромагнітного і термодинамічного способів управління нерівноважною структурою речовини. Причини відмов інструментів найчастіше пов'язані не з їх поломкою, а з втратою ними своєї первинної поверхневої конфігурації унаслідок зносу, сколовши, зминання, розтріскування, тобто у зв'язку з руйнуванням або деформації тонких поверхневих шарів металу. Швидкорізальна сталь, як будь-яке тверде тіло, володіє пружним внутрішнім полем, обумовленим реальною дислокаційною структурою. З накладенням магнітного поля на матеріал, на це власне пружне поле накладається пружне поле, викликане магнітострикційною деформацією. В цілому результат магнітної обробки розглядається як прояв ефектів післядії в матеріалах, що знаходяться на кордонах стабільності їх властивостей і підданих дії зовнішнього силового поля. Відмічено, що в результаті дії імпульсного магнітного поля відбувається зміна фізико-механічних властивостей швидкорізальної сталі і інструментальний матеріал стає одноріднішим по структурі. Встановлено що зносостійкість магнітно обробленого інструменту відрізняється від зносу інструменту у вихідному положенні. Розбіжність середніх значень стійкості інструменту у вихідному стані і після магнітної обробки значимо, відповідно обробка імпульсним магнітним полем істотно впливає на стійкість інструменту. Показано, що інструмент повинен мати після магнітної обробки залишкову намагніченість близьку до нуля. Доведено що стійкість інструменту в будь-якому магнітному стані практично не відрізняється, хоча по відношенню до інструменту у вихідному стані вона багато вище.

Методика визначення оптимального часу діагностування елементів прокатного обладнання

Vladimir Kravchenko — 2023-11-05

Кравченко В. М., Іщенко А. О., Рассохін Д. О., Носовська О. В., Капустін С. В. Методика визначення оптимального часу діагностування елементів прокатного обладнання

Розроблена методика оптимізації часу діагностування груп елементів прокатного обладнання, які в процесі експлуатації виходять з ладу в результаті зношування, втомних явищ і т.п. Зокрема це, насамперед, відноситься к виходу з ладу підшипників кочення та пар тертя прокатних станів, рольгангів та інших машин усього комплексу прокатної лінії. Крім того схильні до цих пошкоджень зубчаті колеса редукторів відповідальних механізмів, наприклад, натискного пристрою прокатної кліті, шестеренних клітей приводу прокатного стана. Діагностика комплексу таких елементів потребує значних витрат часу та не завжди можлива в умовах прокатного виробництва. Саме з цієї причини з’явилась необхідність в оптимізації часу чергового діагностування в залежності від прийнятих за основу законів розподілу швидкості змінення показників накопичення пошкоджень, які визначаються шляхом фіксації статистичних даних по елементам прокатного обладнання. В свою чергу, ці статистичні дані повинні враховувати результати замін елементів прокатного обладнання, що вийшли з ладу, та корегувати ці статистичні дані згідно зі змінами, що відбулися. Така заміна передбачає виділення елементів прокатного обладнання, які не забезпечують роботу обладнання внаслідок пошкоджуваності і в той же час формує вектор розподілення елементів, заміна яких доцільна. Як наслідок такої заміни виникає необхідність формування вектора розподілення по накопиченню пошкоджуваності у знову встановлених елементів. Для подальшого розгляду питання вірогідності пошкоджуваності елементів необхідно використання закону розподілення швидкості накопичення пошкоджуваності та його параметрів методом математичної статистики. Отримані результати у вигляді методики оптимізації можуть бути використані для підвищення ефективності сервісного обслуговування прокатного обладнання, вичерпання ресурсів якого може бути оцінено засобами технічної діагностики.

Підвищення ресурсу пресового інструменту шляхом комбінованої технології відновлення

Oleksandr Grin — 2023-11-05

Гринь О. Г., Трембач І. О., Жаріков С. В. Підвищення ресурсу пресового інструменту шляхом комбінованої технології відновлення

Аналіз літературних даних показав, що для відновлення пресового інструменту використовуються теплостійкі сталі системи легування Cr-W-Mo з карбідним зміцненням (3Х3М3Ф, 30Х2В8Ф, 40Х12В4К2Ф) та сталі з інтерметалідним зміцненням (03Н15К9М5ТЮ, 04Н18М4К11, 10Х9К3В2МФБР). Під дією змінного температурно-циклічного впливу в поверхневому шарі наплавленого металу з карбідним зміцненням відбувається розпад мартенситу і коагуляція карбідів, що зменшує твердість, та, відповідно, прискорює знос. Сталі з інтерметалідним зміцненням перспективні за своїми властивостями, але водночас дефіцитність та висока вартість основних легуючих елементів обмежує їх застосування. Тому актуальним питанням є розробка економно легованої сталі та технології відновлення пресового інструменту. Встановлено, що максимальна температура поверхні пуансону досягає 650-750 °С при встановленому режимі роботи і напруженому стані. Аналіз експлуатації пресового інструменту показав, що матеріал для їх виготовлення повинен відповідати комплексу вимог: висока міцність (не менше 1000 МПа), висока теплостійкість, достатня в'язкість, високий опір термічної втоми (розгаростійкість), хороша окалиностійкість та висока прогартовуваність. З метою підвищення надійності і довговічності пресового інструменту для деформування сплавів на основі міді запропонована комбінована технологія відновлення, що полягає в наплавленні металу на попередньо алітовану поверхню. При поєднанні технологій хіміко-термічної обробки (алітування) та наплавлення з використанням самозахисного порошкового дроту відбувається насичення наплавленого металу алюмінієм і його сполуками в результаті розчинення в ньому багатих алюмінієм фаз, що сприяє зменшенню окалиноутворення та має забезпечувати високу жаростійкість наплавленого шару.

Технологічні властивості стрижневих сумішей з фосфатами алюмінію, цирконію та кремнію для виготовлення литих заготовок штампового інструменту

Rostislav Liutyi — 2023-11-05

Лютий Р. В., Федоров М. М., Дьяченко Ю. Г., Кочешков А. С., Демчук Г. В., Люта Д. В. Технологічні властивості стрижневих сумішей з фосфатами алюмінію, цирконію та кремнію для виготовлення литих заготовок штампового інструменту

У світовій практиці штампові вставки на 70% виготовляють способами лиття, при цьому спостерігається тенденція до зниження використання поковок та сортового прокату. З точки зору ливарного виробництво, процес виготовлення цих деталей представляє ряд складнощів. Для їх виготовлення використовують середньо- та високолеговані, часто комплексно леговані сталі. Вони зумовлюють високі вимоги до термічної та фізико-хімічної стійкості ливарних форм. Тому створення нових матеріалів, у першу чергу високоефективних зв’язувальних компонентів для ливарних форм, є актуальним завданням. Як властивості металу формуються на базі його кристалічної структури, так і властивості формувальної (стрижневої) суміші формуються на мікрорівні, в результаті взаємодії зернової основи та плівок зв’язувального компонента між собою. Таким чином, забезпечення належного рівня властивостей сумішей для ливарних стрижнів є шляхом до забезпечення якості форми в цілому і якості отримуваних литих заготовок. Статтю присвячено дослідженню властивостей стрижневих сумішей, які містять зв’язувальні компоненти, синтезовані за оригінальними технологіями з ортофосфорної кислоти та ряду добавок. Серед них пилоподібні вогнетривкі наповнювачі (кварц, циркон, пірофіліт, дистен-силіманіт), а також концентрат алюмінієвих шламів та сульфат алюмінію. Суміші тверднуть при нагріванні в інтервалі від 200 до 300 ^оС. В роботі було визначено міцність зразків даних сумішей при стисканні і при розриванні, встановлено співвідношення між цими характеристиками. Також визначено важливі властивості запропонованих сумішей з точки зору усунення газових та поверхневих дефектів литих заготовок – газопроникність і газотвірність. Властивості досліджуваних стрижневих сумішей визначали за стандартними методиками та на стандартних зразках, прийнятих для ливарного виробництва. Газотвірну здатність визначено непрямим методом нагрівання проб сумішей до 1000 ^оС та фіксацією об’єму виділених із проби газоподібних речовин. Встановлено, що за комплексом властивостей представлені суміші можуть бути рекомендовані для виготовлення ливарних стрижнів під час отримання виливків із залізовуглецевих сплавів, у т ч. литих заготовок штампового інструменту з легованих сталей.

Сучасні освітні тенденції та технології підготовки інженерів з обробки матеріалів для Індустрії 4.0.

Sergey Podlesny — 2023-11-05

Подлєсний С. В. Сучасні освітні тенденції та технології підготовки інженерів з обробки матеріалів для Індустрії 4.0.

Четверта промислова революція, також відома як Індустрія 4.0, трансформує обробну промисловість та створює попит на висококваліфікованих інженерів-технологів. Щоб задовольнити цей попит, освітні установи повинні адаптуватися до мінливих потреб економіки та забезпечити навчання, яке готує студентів до викликів Індустрії 4.0. У цій статті розглянуто сучасні освітні тренди та технології підготовки інженерів із обробки матеріалів для Індустрії 4.0. Однією з тенденцій у сучасній освіті є прийняття міждисциплінарних навчальних програм. Міждисциплінарні навчальні програми також готують інженерів з обробки матеріалів для роботи у крос-функціональних командах. Проектне навчання - це підхід до освіти, при якому особлива увага приділяється навчанню за допомогою проектів, а не традиційних лекцій, це еективний спосіб підготовки інженерів з обробки матеріалів для Індустрії 4.0, оскільки він дозволяє студентам застосовувати свої знання та навички для вирішення реальних проблем. Технології віртуальної та доповненої реальності стають все популярнішими в освіті. Ці технології забезпечують іммерсивне навчання. Штучний інтелект – ще одна технологія, яка трансформує обробну промисловість. Інженери з обробки матеріалів повинні мати базове уявлення про штучний інтелект, щоб ефективно працювати в Індустрії 4.0. Освітні установи можуть включити штучний інтелект у свої навчальні програми, викладаючи курси з машинного навчання, аналізу даних та робототехніки. Навчальні заклади повинні встановити і підтримувати партнерські відносини з промисловістю, щоб надати студентам практичний досвід та познайомитись із реальними виробничими процесами. Освітні установи повинні адаптуватися до мінливих вимог виробництва та забезпечувати навчання, яке готує студентів до майбутньої роботи.