Preview

Известия вузов. Цветная металлургия

Расширенный поиск

Применение моделирования при проектировании инструмента для прессования полых профилей из алюминиевых сплавов

https://doi.org/10.17073/0021-3438-2023-3-67-78

Аннотация

Для моделирования процесса прессования полых профилей из алюминиевых сплавов использованы разработанные ранее алгоритмы проектирования прессового инструмента и программный комплекс «QForm». Целью проведенных исследований являлось повышение качества и снижение сроков проектирования прессового инструмента для промышленных условий производства профилей из алюминиевых сплавов. Предложены новая методика проектирования комбинированного инструмента и технологии для полунепрерывного прессования со сваркой полых профилей из алюминиевых сплавов с помощью программного комплекса «QForm», который позволяет в диалоговом режиме оперативно проводить многовариантные расчеты с последующей, если необходимо, корректировкой технологических параметров прессования и геометрии инструмента. Созданы алгоритм и процедуры проектирования, которые дают возможность выполнить чертеж полого профиля, осуществить технологические расчеты параметров прессования и выбор горизонтального гидравлического пресса, спроектировать матрицу и рассекатель, провести прочностные расчеты, определить силовую загрузку оборудования и подготовить рабочие чертежи прессового инструмента. Для проверки работоспособности разработанной методики проектирования приведен пример ее реализации для одного из типовых полых профилей, изготавливаемого в промышленном производстве. Рассмотрено проектирование двух вариантов прессового инструмента. С помощью моделирования с использованием программы «QForm Extrusion», предназначенной для анализа процессов прессования, установлено, что первый вариант конструкции инструмента при заданных технологических параметрах и геометрии каналов рассекателя и матрицы приводит к неравномерности истечения различных элементов профиля и температур. В результате проведенной корректировки параметров инструмента удалось добиться прямолинейности выхода профиля из матрицы и равномерности распределения температур по его сечению. Промышленное опробование спроектированного инструмента на гидравлическом горизонтальном прессе с усилием 33 МН для прессования профиля из сплава 6063 показало, что существенной доработки матрицы и рассекателя не требуется. С применением предложенной конструкции прессового инструмента получены партии продукции, соответствующей требованиям действующих технических условий, при этом сроки проектирования прессового инструмента сокращены практически в 2 раза.

Об авторах

С. Б. Сидельников
Сибирский федеральный университет
Россия

Сергей Борисович Сидельников – д.т.н., профессор кафедры обработки металлов давлением (ОМД) Института цветных металлов (ИЦМ)

660025, г. Красноярск, пр. Красноярский рабочий, 95



С. С. Колосков
Сибирский федеральный университет
Россия

Сергей Сергеевич Колосков – аспирант кафедры ОМД

660025, г. Красноярск, пр. Красноярский рабочий, 95



Н. Н. Довженко
Сибирский федеральный университет
Россия

Николай Николаевич Довженко – д.т.н., профессор кафедры машиностроения Политехнического института

660025, г. Красноярск, пр. Красноярский рабочий, 95



Ю. А. Горбунов
Сибирский федеральный университет
Россия

Юрий Александрович Горбунов – д.т.н., профессор кафедры ОМД, ИЦМ

660025, г. Красноярск, пр. Красноярский рабочий, 95



Д. С. Ворошилов
Сибирский федеральный университет
Россия

Денис Сергеевич Ворошилов – к.т.н., доцент, заведующий кафедрой ОМД, ИЦМ

660025, г. Красноярск, пр. Красноярский рабочий, 95



Список литературы

1. Саха П.К. Технология прессования алюминия. М.: НП АПРАЛ, 2015. 352 с.

2. Баузер М., Зауер К., Зигерт Г. Прессование: Справ. руководство. Пер. с нем. по лицензии издательства «Aluminium Verlag Marketing & Kommunikation GmbH». М.: Алюсил МВ и Т, 2009. 922 с.

3. Логинов Ю.Н., Инатович Ю.В. Инструмент для прессования металлов: Учеб. пособие. 2-е изд., испр. и доп. Екатеринбург: Изд-во Уральского ун-та, 2014. 224 с.

4. Щерба В.Н. Прессование алюминиевых сплавов. М.: Интермет Инжиниринг, 2001. 768 с.

5. Qiang Li, Chris Harris, Mark R. Jolly. Finite element modelling simulation of transverse welding phenomenon in aluminium extrusion process. Materials & Design. 2003;24(7):493—496. https://doi.org/10.1016/S0261-3069(03)00123-7

6. Barbara Reggiani, Antonio Segatori, Lorenzo Donati, Luca Tomesani. Prediction of charge welds in hollowprofiles extrusion by FEM simulations and experimental validation. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2013;(69):1855—1872. https://doi.org/10.1007/s00170-013-5143-2

7. Longchang Tong, Christoph Becker, Pavel Hora. High efficiency in the simulation of complex extrusion processes using an advanced simulation method. Materials Today: Proceedings. 2015;2(10):4726—4731. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2015.10.005

8. Kim K.J., Lee C.H., Yang D.Y. Investigation into the improvement of welding strength in three dimensional extrusion of tubes using porthole dies. Journal of Materials Processing Technology. 2002;(130):426—431. https://doi.org/10.1016/S0924-0136(02)00717-3

9. Xiaochen Lu, Junquan Yu, Jianguo Lin, Zhusheng Shi. Investigation of material flow behaviour and microstructure during differential velocity sideway extrusion. Procedia Manufacturing. 2020;(50):226—230. https://doi.org/10.1016/j.promfg.2020.08.042

10. Колосков С.С., Сидельников С.Б., Берсенев А.С., Лопатина Е.С., Ворошилов Д.С., Катрюк В.П. Исследование технологии прессования труб из алюминиевых сплавов с применением программ компьютерного моделирования. Производство проката. 2019;(12):23—28. https://doi.org/10.31044/1814-4632-2019-0-12-23-28

11. Junquan Yu, Guoqun Zhao. Interfacial structure and bonding mechanism of weld seams during porthole die extrusion of aluminum alloy profiles. Materials Characterization. 2018;(138):56—66. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2018.01.052

12. Crosio Michele, Hora David, Becker Christoph, Hora Pavel. Realistic representation and investigation of charge weld evolution during direct porthole die extrusion processes through FE-analysis. Procedia Manufacturing. 2018;(15):232—239. https://doi.org/10.1016/j.promfg.2018.07.214

13. Junquan Yu, Guoqun Zhao. Study on welding quality in the porthole die extrusion process of aluminum alloy profiles. Procedia Engineering. 2017;(207):401—406. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.10.795

14. Junquan Yu, Guoqun Zhaoa, Weichao Cuib, Cunsheng Zhanga, Liang Chen. Microstructural evolution and mechanical properties of welding seams in aluminum alloy profiles extruded by a porthole die under different billet heating temperatures and extrusion speeds. Journal of Materials Processing Technology. 2017;(247):214—222. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2017.04.030

15. Bakker A.J.D., Katgerman L., Zwaag S.V.D. Analysis of the structure and resulting mechanical properties of aluminium extrusions containing a charge weld interface. Journal of Materials Processing Technology. 2016;(229): 9—21. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2015.09.013

16. Bingol Sedat, Bozaci Atilla. Experimental and numerical study on the strength of aluminum extrusion welding. Materials. 2015;8(7):4389—4399. https://doi.org/10.3390/ma8074389

17. Mahmoodkhani Y., Wells M., Parson N., Poole W.J. Numerical modelling of the material flow during extrusion of aluminium alloys and transverse weld formation. Journal of Material Processing Technology. 2014;(214):688—700. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2013.09.028

18. Stebunov S., Biba N., Lishny A., Jiao L. Practical implementation of numerical modeling to optimization of extrusion die design for production of complex shape profiles. Aluminium Extrusion and Finishing. 2013;(4):20—24. http://www.qform3d.co.uk/files_uk/2013_0002_0.pdf

19. Libura W., Rękas A. Numerical modelling in designing aluminium extrusion in: aluminium alloys: New trends in fabrication and applicationsed. Ed. by Zaki Ahmad. INTECH, 2012. P. 137—157. https://doi.org/10.5772/51239

20. Koloskov S., Sidelnikov S., Voroshilov D. Modeling process of semi-continuous extrusion of hollow 6063 aluminum alloy profiles using QForm extrusion. Solid State Phenomena. 2021;(316):288—294. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/SSP.316.288

21. Довженко Н.Н, Сидельников С.Б, Васина Г.И. Система автоматизированного проектирования технологии прессования металлов. Научное методическое обеспечение. Красноярск: ГАЦМиЗ, 2000. 194 с.

22. Алешин В.П. Расчет рабочих поясков прессовых матриц. Технология легких сплавов. 1990;(1):30—33.

23. Гун Г.Я., Аверченко А.Ф., Стебунов С.А. К методике автоматизированного проектирования прессовых матриц. Известия вузов. Черная металлургия. 1985;(7):92—95.

24. Эйдельнант С.Б, Корпаков Б.П, Майзлин Я.Л. Проектирование с помощью ЭВМ матриц для прессования профилей. Цветные металлы.1982;(3):81—82.

25. Степанский Л.Г. Расчетные оценки калибровок пресс-матриц. Кузнечно-штамповочное производство. 1983;(5):25—27.

26. QForm-Extrusion (электронный ресурс). Моделирование прессования профилей. URL: https://qform3d.ru/products/extrusion (дата обращения: 20.04.2023).

27. Князькин И.С., Дюжев А.М., Власов А.В., Гладков Ю.А., Лишний А.И. Методика автоматизированного проектирования матричной оснастки для прессования алюминиевых сплавов. Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана (Электрон. журнал). 2015;(8):1—13.

28. Дюжев А.М., Князькин И.С., Лишний А.И., Соловьев Д.А., Стебунов Д.А. Программа для автоматизированного поэлементного параметрического проектирования матричной оснастки для прессования профилей QForm Extrusion Die Designer (QExDD): Св-во 2015613466 (РФ). 2015.

29. Леванов А.Н., Колмогоров В.Л., Буркин С.П., Картак Б.Р., Ашпур Ю.В., Спасский Ю.И. Контактное трение в процессах обработки металлов давлением. М.: Металлургия. 1975. 352 с.

30. Лаптев А.М., Ткаченко Я.Ю., Жабин В.И. Построение диаграммы для определения коэффициента трения в формуле Леванова по методу осадки кольца. Обработка материалов давлением. 2011;3(28): 129—132.

31. Laptev A.M., Tkachenko Ya.Yu., Zhabin V.I. Construction of a diagram for determining the coefficient of friction in the Levanov formula using the ring upset method. Obrabotka materialov davleniem. 2011;3(28):129—132. (In Russ.).


Рецензия

Для цитирования:


Сидельников С.Б., Колосков С.С., Довженко Н.Н., Горбунов Ю.А., Ворошилов Д.С. Применение моделирования при проектировании инструмента для прессования полых профилей из алюминиевых сплавов. Известия вузов. Цветная металлургия. 2023;(3):67-78. https://doi.org/10.17073/0021-3438-2023-3-67-78

For citation:


Sidelnikov S.B., Koloskov S.S., Dovzhenko N.N., Gorbunov Yu.A., Voroshilov D.S. Using simulation to design tool for pressing of hollow profiles from aluminum alloys. Izvestiya. Non-Ferrous Metallurgy. 2023;(3):67-78. https://doi.org/10.17073/0021-3438-2023-3-67-78

Просмотров: 391


ISSN 0021-3438 (Print)
ISSN 2412-8783 (Online)