Компьютерное моделирование процесса получения штампованной заготовки из сплава АК4-1 для поршня двигателя внутреннего сгорания

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.

1. Биард Р.У., МакЛэйн Т.У. Малые беспилотные лета- тельные аппараты: Теория и практика. М.: Техносфера, 2015.

2. 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.

3. Садоха М.А. Определение технологических параметров производства отливок поршней высоконагруженных дизельных двигателей. Литье и металлургия. 2011. No. 3. С. 61—64.

4. Фиглин С.З., Бойцов В.В., Калпин Ю.Г., Каплин Ю.И. Изотермическое деформирование металлов. М.: Машиностроение, 1978.

5. Чумаченко Е.Н., Смирнов О.М., Цепин М.А. Сверхпластичность: Материалы, теория, технологии. М.: КомКнига, 2005.

6. Лисунец Н.Л., Соломонов К.Н., Цепин М.А. Объемная штамповка алюминиевых заготовок. М.: Машиностроение, 2009.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. Горохов Ю.В., Константинов И.Л. Компьютерное моделирование процессов горячей объемной штамповки алюминиевых сплавов. Ч. 1. Известия ТулГУ. 2017. No. 11. С. 101—109.

15. 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.

16. 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.

17. 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.

18. 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.

19. 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.

20. Петров П.А. Моделирование процессов изотермической штамповки алюминиевых и магниевых сплавов. Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. 2011. No. 12. С. 29—36.

21. 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.

22. Микляев П.Г., Дуденков В.М. Сопротивление деформации и пластичность алюминиевых сплавов. М.: Металлургия, 1973.