Московский государственный технологический университет «СТАНКИН», Москва, Россия

С. А. Рогулин, аспирант кафедры систем пластического деформирования, эл. почта: rogulin.sergei.stankin@yandex.ru
Е. Н. Сосенушкин, профессор кафедры систем пластического деформирования, докт. техн. наук, эл. почта: sen@stankin.ru
Е. А. Яновская, доцент кафедры прикладной математики, канд. техн. наук, эл. почта: elena_yanovskaya@bk.ru

При реализации технологии обработки давлением удлиненных поковок на кривошипных горячештамповочных прессах (КГШП) имеется ряд ограничений использования заготовительных ручьев. Допускают операции осадки, набор металла высадкой в конические полости инструмента, выдавливание (прямое, обратное, комбинированное) с ограничением длины заготовки. Однако при приложении деформирующей силы перпендикулярно продольной оси заготовки заготовительно-предварительные ручьи (подкатные, протяжные, формовочные) в штампах КГШП не проектируют, а переносят их реализацию на другой тип оборудования, встраиваемого в технологическую линию. Таким вспомогательным оборудованием являются ковочные вальцы. Для экономии штамповой стали инструмент для них изготавливают в виде секторов. Несколько пар секторов-штампов, по числу необходимых переходов вальцовки, размещают на рабочих валах ковочных вальцов. Важным обстоятельством является не только возможность размещения, но и надежного крепления и фиксации секторов на валах. Приведена схема одного из вариантов закрепления. По известным методикам спроектированы калибры в соответствии с необходимыми размерами заготовки. Получены результаты моделирования процесса вальцовки профилированной заготовки необходимых форм и размеров характерных участков. Выполнен анализ интенсивности напряжений и интенсивности деформаций, являющихся производными инвариантами тензоров, в изменяемом во времени локальном очаге деформаций металла заготовки, профилируемой с помощью технологической операции вальцовки секторными штампами в ручьях постоянного сечения. Исследования проводили с помощью компьютерного моделирования в программном комплексе DEFORM-3D, основанного на методе конечных элементов. Результатами анализа являются зависимости изменения интенсивностей напряжений и деформаций в пяти отслеживаемых точках поперечного сечения заготовки на трех этапах вальцовки в овальном и круглом калибрах, а также оценка исчерпания ресурса пластичности металла по критерию Кокрофта — Латама.

1. Живов Л. И., Овчинников А. Г., Складчиков Е. Н. Кузнечно-штамповочное оборудование: учебник для вузов / Под ред. Л. И. Живова. — М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2006. — 560 с.
2. Эркслебен С., Петров А. Н., Петров М. А. Прокатка мерных заготовок на машинах фирмы «LASCO» // Известия ТулГУ. Технические науки. 2014. Вып. 10. Ч. 2. С. 168–177.
3. Ильюшин А. А. Труды (1946–1966). Т. 2. Пластичность / Составители Е. А. Ильюшина, М. Р. Короткина. — М. : ФИЗМАТЛИТ, 2004. — 430 с.
4. Zhou J., Jia Z., Liu H., Wang M. A study on simulation of defomation during roll-forging proctss using system of special shaped and hat groove // Rev. Adv. Mater. Sci. 2013. Vol. 33. P. 354–359.
5. Grass H., Krempaszky C., Werner E. 3-D FEM-simulation of hot forming processes for the production of a connecting rod // Computational Materials Science. 2006. Vol. 36. P. 480–489.
6. Ru Xiong Li, Song Hua Jiao. Roll forging technology and 3D finite element simulation of automobile front axle // Applied Mechanics and Materials. 2012. Vols. 178–181. P. 2845–2849.
7. Власов А. В. и др. Конечно-элементное моделирование технологических процессов ковки и объемной штамповки: учебное пособие. — М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2019. — 383 с.
8. Zhuang W., Hua L., Wang X., Liu Y., Han X., Dong L. Numerical and experimental investigation of roll-forging of automotive front axle beam // Int. J Adv. Manuf. Technol. 2015.Vol. 79. P. 1761–1777.
9. Jia Zhi, Zhou Jie, Ji Jin-jin. New type of groove used to improve friction in roll forging // J. Cent. South Univ. 2014. Vol. 21. P. 493−499.
10. Покрас И. Б., Ахмедзяно Э. Р., Житников А. С. Совершенствование процесса разработки технологии вальцовки с использованием метода эквивалентной полосы // Интеллектуальные системы в производстве. 2013. № 1 (21). С. 91–97.
11. Володин И. М., Золотухин П. И., Карпайтис Е. П., Володин А. И., Романенко Е. Ф. Влияние пружинения валков на процесс вальцовки заготовок в калибрах // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия Техника и технологии. 2016. № 4 (21). С. 36–45.
12. Золотухин П. И., Володин И. М., Мартюгин В. С., Карпайтис Е. П. Пружинение валков ковочных вальцов моделей ARWS-1 − ARWS-2a // Известия ТулГУ. Технические науки. 2012. Вып. 6. С. 65–71.
13. Кохан Л. С., Пунин В. И., Ремпель Г. Б. Исследование плотности материалов после вальцовки // Известия вузов. Машиностроение. 2014. № 2. С. 40–45.
14. Кохан Л. С., Ремпель Г. Б. Оптимизация процесса калибровки при вальцовке Кохан, // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. 2013. №4. С. 43–47.
15. Бабкин А. В., Селиванов В. В. Основы механики сплошных сред: учебник для вузов. — М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2004. — 376 с.
16. Пат. 2784307 РФ. Способ изготовления гаечных ключей пластическим деформированием / Сосенушкин Е. Н., Сосенушкин А. Е., Кадымов Е. А. и др. заявл. 09.12.2021; опубл. 23.11.2022. Бюл. № 33.
17. Пат. 2781825 РФ. Способ изготовления гаечных ключей пластическим деформированием / Сосенушкин Е. Н., Сосенушкин А. Е., Кадымов Е. А. и др.; заявл. 09.12.2021; опубл. 18.10.2022. Бюл. № 29.
18. Кожевникова Г. В. Исследование кинематики течения металла при поперечно-клиновой прокатке с использованием компьютерного моделирования // Весцi НАН Беларусi. Сер. фiз.-тэхн. навук. 2013. № 1. С. 47–53.
19. Золотухин П. И., Володин И. М., Карпайтис Е. П. Моделирование горячей вальцовки заготовок в овальных и круглых калибрах // Известия ТулГУ. Технические науки. 2012. Вып. 10. С. 115–121.
20. Сосенушкин Е. Н., Рогулин С. А., Гусев Д. С. Моделирование процесса вальцовки профилированной заготовки под штамповку поковки гаечного ключа // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. 2023. № 12. С. 36–42.
21. Кохан Л. С., Алдунин А. В., Ремпель Г. Б. Вальцовка профилей с ромбическим сечением // Известия вузов. Черная Металлургия. 2013. № 56(1). С. 13–16.
22. Панкратов Д. Д., Аввакумов И. И. Определение потребности в вальцовке заготовок цилиндрической формы // Качество в производственных и социально-экономических системах: сборник научных статей 10-й Международной научно-технической конференции. Юго-Западный государственный университет. Курск, 2022. С. 317–321.
23. Бурко В. А. Основные способы получения профилированных заготовок в ресурсосберегающих технологиях объемной штамповки // Вiсник Приазовського державного технiчного унiверситету. Серiя Технiчнi науки. 2012. Вип. 24. С. 75–82.
24. ГОСТ 2839–80. Ключи гаечные с открытым зевом двусторонние. Конструкция и размеры. — Введ. 01.01.1981.
25. ГОСТ 4543–2016. Металлопродукция из конструкционной и легированной стали. Технические условия. — Введ. 01.10.2017.
26. Ковка и штамповка: справочник. В 4 т. Т. 2. Горячая объемная штамповка. 2-е изд., перераб. и доп. / Под общ. ред. Е. И. Семенова. — М. : Машиностроение, 2010. — 720 с.
27. Карпайтис Е. П., Золотухин П. И., Володин И. М. Проектирование инструментов для горячей вальцовки заготовок // Известия МГТУ «МАМИ». 2013. № 1 (15). Т. 2. С. 76–79.
28. Рогулин С. А., Сосенушкин Е. Н. Исследование технологических параметров операций горячего деформирования поковки типа «Гаечный ключ» // Известия ТулГУ. Технические науки. 2023. Вып. 5. С. 376–383. DOI: 10.24412/2071-6168-2023-5-376-377
29. Пат. 2827189 РФ. Рабочий вал ковочных вальцов / Сосенушкин Е. Н., Рогулин С. А., Сосенушкин А. Е. и др.; заявл. 28.12.2023; опубл. 23.09.2024. Бюл. № 27.
30. Пат. 2827191 РФ. Рабочий вал ковочных вальцов / Рогулин С. А., Сосенушкин Е. Н., Яновская Е. А., Сосенушкин А. Е.; заявл. 28.12.2023; опубл. 23.09.2024. Бюл. № 27.
31. Пат 2828455 РФ. Рабочий вал ковочных вальцов / Сосенушкин Е. Н., Рогулин С. А., Сосенушкин А. Е. и др.; заявл. 29.01.2024; опубл. 14.10.2024. Бюл. № 29.
32. Карамышев А. П., Некрасов И. И., Пугин А. И. и др. Практическое руководство к программному комплексу Deform-3D. — Екатеринбург : УрФУ, 2010. — 266 с.
33. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике: [перевод с англ.]. — М. : Мир. 1975. — 541 с.
34. Сегерлинд Л. Применение метода конечных элементов. — М. : Мир, 1979. — 392 с.
35. Норри Д., де Фриз Ж. Введение в метод конечных элементов [перевод с англ.]. — М. : Мир, 1981. — 304 с.
36. Галлагер Р. Метод конечных элементов. Основы [перевод с англ.]. — М. : Мир, 1984. — 428 с.
37. Седов Л. И. Механика сплошной среды. — Т. 1. — СПб. : Лань, 2004. — 528 с.
38. Матвеев М. А. Оценка вероятности разрушения металла при горячей пластической деформации с помощью критерия Кокрофта — Латама // Научно-технические ведомости СПбПУ. Естественные и инженерные науки. 2017. Т. 23. № 2. С. 109–126. DOI: 10.18721/JEST.230211