cvmetИзвестия вузов. Цветная металлургияIzvestiya. Non-Ferrous Metallurgy0021-34382412-8783НИТУ "МИСИС"10.17073/0021-3438-2020-6-24-31cvmet-1198Research ArticleОбработка металлов давлениемPressure Treatment of MetalsКомпьютерное моделирование процесса получения штампованной заготовки из сплава АК4-1 для поршня двигателя внутреннего сгоранияComputer simulation of the technology for AK4-1 alloy die forging production for an internal combustion engine pistonКонстантиновИ. Л.KonstantinovI. L.

канд. техн. наук, доцент кафедры обработки металлов давлением

660025, г. Красноярск, пр-т им. газеты «Красноярский рабочий», 95

Cand. Sci. (Eng.), Assistant prof., Department of metal forming

660025, Russia, Krasnoyarsk, pr. Krasnoyarskiy rabochiy, 95

ilcon@mail.ruПотаповД. Г.PotapovP. G.

специалист отдела главного технолога

660111, г. Красноярск, ул. Пограничников, 42

Specialist of the Chief technologist department

660111, Russia, Krasnoyarsk, Pogranichnikov str., 42

potap_tuz@mail.ruСидельниковС. Б.SidelnikovS. B.

докт. техн. наук, проф., зав. кафедрой ОМД

660025, г. Красноярск, пр-т им. газеты «Красноярский рабочий», 95

Dr. Sci. (Eng.), Prof., Head of the Department of metal forming

660025, Russia, Krasnoyarsk, pr. Krasnoyarskiy rabochiy, 95

sbs270359@yandex.ruВорошиловД. С.VoroshilovD. S.

канд. техн. наук, доцент кафедры ОМД

660025, г. Красноярск, пр-т им. газеты «Красноярский рабочий», 95

Cand. Sci. (Eng.), Assistant prof., Department of metal forming

660025, Russia, Krasnoyarsk, pr. Krasnoyarskiy rabochiy, 95

ГороховЮ. В.GorokhovYu. V.

докт. техн. наук, профессор кафедры ОМД

660025, г. Красноярск, пр-т им. газеты «Красноярский рабочий», 95

Dr. Sci. (Eng.), Prof., Department of metal forming

660025, Russia, Krasnoyarsk, pr. Krasnoyarskiy rabochiy, 95

160949@list.ruКатрюкВ. П.KatryukV. P.

ст. преподаватель кафедры общей металлургии

660025, г. Красноярск, пр-т им. газеты «Красноярский рабочий», 95

Senior lecturer, Department of common metallurgy

660025, Russia, Krasnoyarsk, pr. Krasnoyarskiy rabochiy, 95

vkatruyk@sfu-kras.ruСибирский федеральный университет (СФУ)РоссияSiberian Federal University (SibFU)Russian FederationООО «Красноярский металлургический завод»РоссияLLC «Krasnoyarskii metallurgicheskii zavod»Russian Federation202015122020062431Copyright © Константинов И.Л., Потапов Д.Г., Сидельников С.Б., Ворошилов Д.С., Горохов Ю.В., Катрюк В.П., 20202020Константинов И.Л., Потапов Д.Г., Сидельников С.Б., Ворошилов Д.С., Горохов Ю.В., Катрюк В.П.Konstantinov I.L., Potapov P.G., Sidelnikov S.B., Voroshilov D.S., Gorokhov Y.V., Katryuk V.P.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://cvmet.misis.ru/jour/article/view/1198

Проведено моделирование процесса горячей объемной штамповки поковки из алюминиевого сплава АК4-1 для поршня двигателя внутреннего сгорания (ДВС) беспилотного летательного аппарата (БПЛА) с помощью программного комплекса Deform-3D. Объектом исследований служил поршень ДВС, устанавливаемый на один из типов БПЛА российского производства. При моделировании использовались следующие параметры: температура оснастки и заготовки составляла 450 °C, скорость движения пуансона – 5 мм/с, показатель трения по Зибелю – 0,4. В качестве модели материала была выбрана жесткопластическая среда. Количество элементов (6000) было выбрано таким образом, чтобы в наименьшем сечении поковки их умещалось не менее 3. На примере штампованной поковки поршня показано, что с помощью компьютерного моделирования с использованием программы Deform-3D можно разрабатывать технологию горячей объемной штамповки заготовок из алюминиевых сплавов для изготовления поршней для ДВС БПЛА. При этом компьютерное моделирование позволяет произвести оценку энергосиловых параметров процесса горячей объемной штамповки, изучить характер формоизменения заготовки при штамповке, внести необходимые корректировки в виртуальный технологический процесс, а также разработать конструкцию штампового инструмента, что дает возможность при проектировании реального процесса подобрать наиболее эффективные технологические решения. Изложенная методика компьютерного моделирования может быть рекомендована для анализа и проектирования технологии изготовления других штампованных поковок из алюминиевых сплавов.

The process of hot die forging of AK4-1 aluminum alloy billets for the piston of an internal combustion engine (ICE) for an unmanned aerial vehicle (UAV) was simulated using the Deform-3D software package. The object of research was an ICE piston mounted on one of the UAV types of Russian production. Simulation was performed using the following parameters: tooling and billet temperature was 450 °C, ambient temperature was 20 °C, punch speed was 5 mm/s, and Siebel friction index was 0.4. Rigid plastic medium was chosen as a material model. The number of elements (6000) was selected so that at least 3 elements fit in the narrowest section of the part. Thus, as illustrated by the piston die forging, computer simulation in the Deform-3D software makes it possible to develop hot die forging processes for making aluminum alloy billets for UAV ICE pistons. At the same time, computer simulation can be used to evaluate the power parameters of the hot die forging process, study the nature of billet forming in die forging, make necessary adjustments to the virtual process, and develop the design of a die forging tool in order to select the most effective process solutions when designing a real process. The described computer simulation technique can be extended to other aluminum alloy die forgings.

горячая объемная штамповкаалюминиевые сплавыкомпьютерное моделированиеDeform-3Dштамппоршень двигателя внутреннего сгоранияhot die forgingaluminum alloyscomputer simulationDeform-3Ddie setinternal combustion engine pistonReferencesБиард Р.У., МакЛэйн Т.У. Малые беспилотные лета- тельные аппараты: Теория и практика. М.: Техносфера, 2015.Biard R.U., McLeyn T.U. Small unmanned aerial vehicles: theory and practice. Moscow: Tekhnosfera, 2015 (In Russ.).Колонаков А.А., Кухаренко А.В., Деев В.Б., Абатурова А.А. Структура и химический состав поршневого сплава АК12ММгН, получаемого на разной шихте. Изв. вузов. Цветная металлургия. 2015. No. 3. С. 49—55. DOI: 10.17073/0021-3438-2015-3-49-55.Kolonakov A.A., Kukharenko A.V., Deev V.B., Abaturova A.A. Structure and chemical composition of the AK12MMgN piston alloy fabricated based on various charges. Russ. J. Non-Ferr. Met. 2015. Vol. 56. No. 4. P. 428—433.Садоха М.А. Определение технологических параметров производства отливок поршней высоконагруженных дизельных двигателей. Литье и металлургия. 2011. No. 3. С. 61—64.Sadokha M.A. Investigation of technical parameters of chills for production of piston castings. Litiyo i Metallurgiya. 2011. No. 3. P. 61—64 (In Russ.).Фиглин С.З., Бойцов В.В., Калпин Ю.Г., Каплин Ю.И. Изотермическое деформирование металлов. М.: Машиностроение, 1978.Figlin S.Z., Boytsov V.V., Kalpin Yu.G., Kaplin Yu.I. Isothermal deformation of metals. Moscow: Mashinostroenie, 1978 (In Russ.).Чумаченко Е.Н., Смирнов О.М., Цепин М.А. Сверхпластичность: Материалы, теория, технологии. М.: КомКнига, 2005.Chumachenko E.N., Smirnov O.M., Tsepin M.A. Superplasticity: Materials, theory, technology. Moscow: KomKniga, 2005 (In Russ.).Лисунец Н.Л., Соломонов К.Н., Цепин М.А. Объемная штамповка алюминиевых заготовок. М.: Машиностроение, 2009.Lisunets N.L., Solomonov K.N., Tsepin M.A. Die forging of aluminum billets. Moscow: Mashinostroenie, 2009 (In Russ.).Wang G.-F., Wang H.-L., Liang J.-Y., Jia H.-H., Gu Y.-B. Research on quick superplastic forming technology of industrial AA5083 aluminum alloy for rail traffic. Suxing Gongcheng Xuebao/J. Plasticity Eng. 2019. Vol. 26. Iss. 2. P. 37—42. DOI: 10.3969/j.issn.1007-2012.2019.02.004.Wang G.-F., Wang H.-L., Liang J.-Y., Jia H.-H., Gu Y.-B. Research on quick superplastic forming technology of industrial AA5083 aluminum alloy for rail traffic. Suxing Gongcheng Xuebao/J. Plasticity Eng. 2019. Vol. 26. Iss. 2. P. 37—42. DOI: 10.3969/j.issn.1007-2012.2019.02.004.Wang G., Jia H., Gu Y., Liu Q. Research on quick superplastic forming technology of industrial aluminum alloys for rail traffic. Defect and Diffusion Forum. 2018. Vol. 385. P. 468—473. DOI: 10.4028/www.scientific.net/DDF.385.468.Wang G., Jia H., Gu Y., Liu Q. Research on quick superplastic forming technology of industrial aluminum alloys for rail traffic. Defect and Diffusion Forum. 2018. Vol. 385. P. 468—473. DOI: 10.4028/www.scientific.net/DDF.385.468.Guofeng W., Chao S., Shufen L., Mo Y. Research on quick superplastic forming technology of aluminum alloy complex components. Materialwissenschaft und Werkstofftechnik. 2014. Vol. 45. Iss. 9. P. 854—859. DOI: 10.1002/mawe.201400294.Guofeng W., Chao S., Shufen L., Mo Y. Research on quick superplastic forming technology of aluminum alloy complex components. Materialwissenschaft und Werkstofftechnik. 2014. Vol. 45. Iss. 9. P. 854—859. DOI: 10.1002/mawe.201400294.Bruschi S., Ghiotti A., Michieletto F. Hot tensile behavior of superplastic and commercial AA5083 sheets at high temperature and strain rate. Key Eng. Mater. 2013. Vol. 554-557. P. 63—70. DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.554-557.63.Bruschi S., Ghiotti A., Michieletto F. Hot tensile behavior of superplastic and commercial AA5083 sheets at high temperature and strain rate. Key Eng. Mater. 2013. Vol. 554-557. P. 63—70. DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.554-557.63.Wu X.-W., Wang Y., Liang H.-J., Li J., Ma Z.-L., Zhao S.-S., Feng S.-S., Yang H.-X. Research on high speed superplastic forming of aluminium alloy automotive panel. Suxing Gongcheng Xuebao/J. Plasticity Eng. 2012. Vol. 19. Iss. 1. P. 1—5. DOI: 10.3969/j.issn.1007-2012.2012.01.001.Wu X.-W., Wang Y., Liang H.-J., Li J., Ma Z.-L., Zhao S.-S., Feng S.-S., Yang H.-X. Research on high speed superplastic forming of aluminium alloy automotive panel. Suxing Gongcheng Xuebao/J. Plasticity Eng. 2012. Vol. 19. Iss. 1. P. 1—5. DOI: 10.3969/j.issn.1007-2012.2012.01.001.Liu J., Tan M.-J., Jarfors A.E.W., Lim S.C.V., Fong K.-S., Castagne S. Greener manufacturing: Superplasticlike forming. J. Phys.: Conf. Ser. 2012. Vol. 379. Iss. 1. No. 012034. DOI: 10.1088/1742-6596/379/1/012034.Liu J., Tan M.-J., Jarfors A.E.W., Lim S.C.V., Fong K.-S., Castagne S. Greener manufacturing: Superplasticlike forming. J. Phys.: Conf. Ser. 2012. Vol. 379. Iss. 1. No. 012034. DOI: 10.1088/1742-6596/379/1/012034.Константинов И.Л., Губанов И.Ю., Клеменкова Д.В., Астрашабов И.О., Сидельников С.Б., Горохов Ю.В. Методология модернизации технологии горячей объемной штамповки алюминиевых сплавов методом компьютерного моделирования. Вест. МГТУ им. Г. И. Носова. 2016. Т. 14. No. 1. С. 46—52. DOI: 10.18503/1995-2732-2016-14-1-46-52.Konstantinov I.L., Gubanov I.Yu., Klemenkova D.V., Astrashabov I.O., Sidelnikov S.B., Gorokhov Yu.V. Computersimulated upgrading procedures of the hot aluminumalloy forging process technology. MGTU im. G.I. Nosova. 2016. Vol. 14. No. 1. P. 46—52 (In Russ.).Горохов Ю.В., Константинов И.Л. Компьютерное моделирование процессов горячей объемной штамповки алюминиевых сплавов. Ч. 1. Известия ТулГУ. 2017. No. 11. С. 101—109.Gorokhov Yu.V., Konstantinov I.L. Computer simulation of processes of hot forming of aluminum alloys. Pt. 1. Izvestiya TulGU. 2017. No. 11. P. 101—109 (In Russ.).Константинов И.Л., Губанов И.Ю., Горохов Ю.В. Компьютерное моделирование технологического процесса изотермической штамповки сложнопрофильных панелей из алюминиевых сплавов. Известия вузов. Цветная металлургия. 2013. No. 2. С. 46—50. DOI: 10.17073/0021-3438-2013-2-84-93.Konstantinov I.L., Gubanov I.Yu., Gorokhov Yu.V. Computer simulation of the production process for isothermal forging of profiled panels made of aluminum alloys. Russ. J. Non-Ferr. Met. 2013. Vol. 54. No. 3. P. 220—223. DOI: 10.3103/S1067821213030085.Константинов И.Л., Губанов И.Ю., Астрашабов И.О., Сидельников С.Б., Белан Н.А. Моделирование про- цесса горячей объемной штамповки поковки из алюминиевого сплава АК6. Известия вузов. Цветная металлургия. 2015. No. 1. С. 45—48. DOI: 10.17073/0021-3438-2015-1-45-48.Konstantinov I.L., Gubanov I.Yu., Astrashabov I.O., Sidel’nikov S.B., Belan N.A. Simulation of die forging of an AK6 aluminum alloy forged piece. Russ. J. Non-Ferr. Met. 2015. Vol. 56. No.2. P. 177—180. DOI: 10.3103/S1067821215020108.Vrolijk M., Lorenz D., Porzner H., Holecek M. Supporting lightweight design: virtual modeling of hot stamping with tailored properties and warm and hot formed aluminium. Proc. Eng. 2017. Vol. 183. P. 336—342. DOI: 10.1016/j.proeng.2017.04.049.Vrolijk M., Lorenz D., Porzner H., Holecek M. Supporting lightweight design: virtual modeling of hot stamping with tailored properties and warm and hot formed aluminium. Proc. Eng. 2017. Vol. 183. P. 336—342. DOI: 10.1016/j.proeng.2017.04.049.Харсеев П.Е., Петров В.А. Выбор показателей напряженно-деформированного состояния для построения диаграмм пластичности посредством компьютерного моделирования. Технология легких сплавов. 2015. No. 2. С. 131—137.Kharseev P.E., Petrov V.A. The choice of stress-strain state indicators for constructing plasticity diagrams by computer simulation. Tekhnologiya legkikh splavov. 2015. No. 2. P. 131—137 (In Russ.).Petrov M., Petrov P., Bast J., Sheypak А. Investigation of the heat transport during the hollow spheres production from the tin melt. Computer Methods in Materials Science. 2013. Vol. 13. No. 2. Р. 276—282.Petrov M., Petrov P., Bast J., Sheypak А. Investigation of the heat transport during the hollow spheres production from the tin melt. Computer Methods in Materials Science. 2013. Vol. 13. No. 2. Р. 276—282.Петров П.А. Моделирование процессов изотермической штамповки алюминиевых и магниевых сплавов. Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. 2011. No. 12. С. 29—36.Petrov P.A. Simulation of the process of aluminum and magnesium alloys isothermal stamping. Kuznechno-shtampovochnoe proizvodstvo. Obrabotka materialov davleniem. 2011. No. 12. P. 29—36 (In Russ.).Larin S.N., Platonov V.I., Solomonov K.N. Аpproach to assessment of microdamages accumulated during the constrained molding of shells made of the material subject to energy theory of creep and damage. J. Chem. Technol. Metal. 2017. Vol. 52. No. 4. P. 679—684.Larin S.N., Platonov V.I., Solomonov K.N. Аpproach to assessment of microdamages accumulated during the constrained molding of shells made of the material subject to energy theory of creep and damage. J. Chem. Technol. Metal. 2017. Vol. 52. No. 4. P. 679—684.Микляев П.Г., Дуденков В.М. Сопротивление деформации и пластичность алюминиевых сплавов. М.: Металлургия, 1973.Miklyaev P.G., Dudenkov V.M. Deformation resistance and ductility of aluminum alloys. Moscow: Metallurgiya, 1973 (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.