Experience in the Application of Simulation of Hot Forging in Production Conditions at the Kumw Jsc

Yu. V. Zamaraeva; L. I. Knysh; E. M. Gaisin

doi:10.17804/2410-9908.2023.5.069-082

Yu. V. Zamaraeva, L. I. Knysh, E. M. Gaisin

EXPERIENCE IN THE APPLICATION OF SIMULATION OF HOT FORGING IN PRODUCTION CONDITIONS AT THE KUMW JSC

DOI: 10.17804/2410-9908.2023.5.069-082

Software for computer simulation of metal forging processes is a reliable tool for designing dies and developing technological processes, which allows one to avoid defects and predict product quality. The paper describes the experience of the KUMW JSC in simulating with the Deform and QForm software packages. The distinctive advantages of the QForm domestic software are exemplified by the forging of a roller disk. Proceeding from the described advantages, the KUMW JSC has selected QForm as effective software to solve the problems of die forging. The paper provides examples of applying this software. QForm is used to evaluate die filling in the forging of an odd-shaped part. Significant under-forming of the part was identified, and the technology was optimized in order to eliminate them. Additionally, by using this software, the shape and weight of a blank for forging a landing gear leg were optimized, and this has resulted in a 15% increase in geometric yield. After only one die-forged item code was modeled and the durability of the tooling was evaluated from stress intensity and displacement, the tooling material was replaced, the critical zone radius was locally increased, and the method for manufacturing die tooling was altered. This increased tool durability by 28%. The presence of the Hartfield postprocessor subroutine in QForm has made it possible to predict the zones of the occurrence of forging defects during the processing of the odd-shaped part and to correct the production scheme in good time. Each simulation example is supported by industrial experiment.

Acknowledgements: The research was performed under the state assignment on the subject “Pressure”, No. AAAAA18-118020190104-3.

Keywords: computer simulation, QForm, hot forging, dies, optimization

Bibliography:

Ershov, A.A. and Loginov, Yu.N. Use of the program PAM-STAMP to study the effect of the as-received condition of a material on its formability during stamping. Metallurgist, 2014, 58 (3–4), 162–166. DOI: 10.1007/s11015-014-9886-2.
Loginov, Yu.N., Zamaraeva, Yu.V., and Kamenetsky, B.I. Angular strips extrusion modeling in 3D setting. Kuznechno-Shtampovochnoe Proizvodstvo. Obrabotka Materialov Davleniem, 2019, 9, 33–37. (In Russian).
Belov, M.I. Effectiveness of using mathematical simulation in the study, optimization, and design of metal forming processes. In: Plasticheskaya deformatsiya staley i splavov [Plastic Deformation of Steels and Alloys]. MISiS Publ., Moscow, 1996, pp. 224–227. (In Russian).
Rybin, Yu.I., Rudskoi, A.I., and Zolotov, A.M. Matematicheskoe modelirovanie i proektirovanie tekhnologicheskikh protsessov obrabotki metallov davleniem [Mathematical Modeling and Designing of Technological Processes of Metal Forming]. Nauka Publ., St. Petersburg: 2004. 645 p. (In Russian).
Fomichev, A.F., Yurgenson, E.E., and Panin, S.Yu. Computer study of technological parameters during stamping. Kuznechno-Shtampovochnoe Proizvodstvo. Obrabotka Materialov Davleniem, 2010, 8, 38–42. (In Russian).
Galkin, V.V., Pozdyshev, V.A., Vashurin, A.V., and Pachurin, G.V. Mathematical modeling of the production of an article type by deep hot glass dome on the basis of software deform. Fundamentalnye Issledovaniya, 2013, 1, 371–374. (In Russian).
Alekseev, A.V. Hot dimensional stamping. Izvestiya Tulskogo Gosudarstvennogo Universiteta. Tekhnicheskie Nauki, 2021, 6, 406–409. (In Russian).
Myshechkin, A.A., Kravchenko, I.N., Preobrazhenskaya, E.V., Kudryavtsev, I.V., Belousov, I.V., and Skripnik, S.V. Research and improvement of drop stamping of valve-type flange forgings by modeling in the QForm software. Steel in Translation, 2023, 53, 579–585. DOI: 10.3103/S0967091223070094.
Konstantinov, I.L., Gubanov, I.Yu., Klemenkova, D.V., Astrashabov, I.O., Sidelnikov, S.B., and Gorokhov, Yu.V. Computer-simulated upgrading procedures of the hot aluminum-alloy forging process technology. Vestnik Magnitogorskogo Gosudarstvennogo Tekhnicheskogo Universiteta im. G.I. Nosova, 2016, 14 (1), 46–52. DOI: 10.18503/1995-2732-2016-14-1-46-52. (In Russian).
Available at: http://www.DEFORM.com/
Gallagher, R. Finite Element Analysis. Fundamentals, Prentice–Hall Publ., Englewood Cliffs, NJ, 1975, 416 p.
Zienkiewiez, O.C. The Finite Element Method in Engineering Science, McGraw-Hill, London, 1971.
Vlasov, A.V., Stebunov, S.A., Evsyukov, S.A., Biba, I.V., and Shitikov, A.A., ed. by A.V. Vlasov. Konechno-elementnoe modelirovanie tekhnologicheskikh protsessov kovki i obyemnoy shtampovki: uchebnoe posobie [Finite Element Modeling of Technological Processes Forging and Volumetric Stamping: Textbook]. Izdatelstvo MGTU im. N.E. Baumana Publ., Moscow, 2019, 383 p. (In Russian).
Alekseev, S.Yu. Increasing die life during die forging by means of QForm modeling. Metallurgist, 2022, 66, 711–714. DOI: 10.1007/s11015-022-01379-y.
Konstantinov, I.L., Gubanov, I.Yu., Gorokhov, Yu.V., and Astrashabov, I.O. Application of computer simulation for aluminium alloy forging technology advancement. Tsvetnye Metally, 2015, 11, 68–71. DOI: 10.17580/tsm.2015.11.12. (In Russian).
Shmakov, A.K., Kolesnikov, A.V., Maksimenko, N.V., and Stanislavchik, A.S. Optimization of hot forging with the aid of the QFORM simulation. Kuznechno-shtampovochnoe proizvodstvo. Obrabotka materialov davleniem, 2013, 4, 28–31. (In Russian).
Bryukhanov, A.N., Rebelsky, A.V. Goryachaya shtampovka. Konstruirovanie i raschet shtampov [Hot Forming. Design and Calculation of Dies]. Mashgiz Publ., Moscow 1952, 665.

Ю. В. Замараева, Л. И. Кныш, Е. М. Гайсин

ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ГОРЯЧЕЙ ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ В УСЛОВИЯХ ПРОИЗВОДСТВА ОАО «КУМЗ»

В настоящее время программное обеспечение (ПО) для компьютерного моделирования технологических процессов обработки металлов методом штамповки является надежным помощником при проектировании конструкции штампов и разработке технологических процессов, позволяя предотвратить дефекты и спрогнозировать качество изделия. В работе описан опыт моделирования в программном комплексе Deform и QForm на предприятии ОАО «КУМЗ». На примере штамповки диска катка показаны отличительные преимущества отечественного программного комплекса QForm. Исходя из описанных преимуществ, в качестве эффективного программного обеспечения для решения задач кузнечно-штамповочного производства предприятием выбран программный комплекс QForm. В статье приведены примеры применения данного программного комплекса. Посредством QForm оценено заполнение штампа в процессе штамповки детали сложной формы. Здесь выявлены значительные неоформления детали, для устранения которых осуществлена оптимизация технологии. Также посредством данного программного комплекса осуществлена оптимизация формы и веса заготовки для штамповки стойки шасси, что позволило повысить геометрический выход годного заготовки на 15 %. После моделирования только одного шифра штамповок и оценки стойкости технологической оснастки по таким параметрам, как интенсивность напряжений и перемещения, заменен материал оснастки, локально увеличены радиусы в критической зоне и изменен метод изготовления штамповой оснастки. Это позволило увеличить стойкость инструмента на 28 %. Наличие в QForm постпроцессорной подпрограммы «Гартфилд» позволило предсказать зоны возникновения штамповочных дефектов в процессе штамповки детали сложной формы и своевременно скорректировать технологическую схему производства. Каждый пример моделирования подтвержден промышленным экспериментом.

Благодарности: Работа выполнена в рамках государственного задания по теме «Давление» № АААА-А18-118020190104-3.

Ключевые слова: компьютерное моделирование, QForm, горячая объемная штамповка, штампы, оптимизация

Библиография:

Ershov A. A., Loginov Yu. N. Use of the program PAM-STAMP to study the effect of the as-received condition of a material on its formability during stamping // Metallurgist. – 2014. – Vol. 58 (3–4). – P. 162–166. – DOI: 10.1007/s11015-014-9886-2.
Логинов Ю. Н., Замараева Ю. В., Каменецкий Б. И. Моделирование углового прессования полосы в 3D постановке // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. – 2019. – № 9. – С. 33–37.
Белов М. И. Эффективность использования математического моделирования при исследовании, оптимизации и проектировании технологических процессов ОМД // Пластическая деформация сталей и сплавов : сб. науч. тр. / под общ. ред. А. В. Зиновьева. – Москва : МИСИС, 1996. – 245 с.
Рыбин Ю. И., Рудской А. И., Золотов А. М. Математическое моделирование и проектирование технологических процессов обработки металлов давлением. – Санкт-Петербург : Наука, 2004. – 642 с.
Фомичев А. Ф., Юргенсон Э. Е., Панин С. Ю. Компьютерное исследование технологических параметров при штамповке // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. – 2010. – № 8. – С. 38–42.
Математическое моделирование процесса изготовления изделия типа «стакан» методом глубокой горячей вытяжки на основе применения программного комплекса DEFORM / В. В. Галкин, В. А. Поздышев, А. В. Вашурин, Г. В. Пачурин // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 1. – С. 371–374.
Алексеев А. В. Горячая объемная штамповка сложнопрофильной детали // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. – 2021. – № 6. – С. 406–409.
Research and improvement of drop stamping of valve-type flange forgings by modeling in the QForm software / A. A. Myshechkin, I. N. Kravchenko, E. V. Preobrazhenskaya, I. V. Kudryavtsev, I. V. Belousov, S. V. Skripnik // Steel in Translation. – 2023. – Vol. 53. – P. 579–585. – DOI: 10.3103/S0967091223070094.
Методология модернизации технологии горячей объемной штамповки алюминиевых сплавов методом компьютерного моделирования / И. Л. Константинов, И. Ю. Губанов, Д. В. Клеменкова, И. О. Астрашабов, С. Б. Сидельников, Ю. В. Горохов // Вестник магнитогорского государственного технического университета им. Г. И. Носова. – 2016. – № 1. – С. 46–52. – DOI: 10.18503/1995-2732-2016-14-1-46-52.
URL: http://www.DEFORM.com/
Галлагер Р. Метод конечных элементов: основы / пер с англ. – Москва : Мир, 1984. – 428 с.
Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике / пер с англ. – Москва : Мир, 1975. – 318 с.
Конечно-элементное моделирование технологических процессов ковки и объемной штамповки: учебное пособие / А. В. Власов, С. А. Евсюков, С. А. Стебунов, И. В. Биба, А. А. Шитиков / под ред. А. В. Власова. – Москва : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2019. – 383 с.
Alekseev S.Yu. Increasing die life during die forging by means of QForm modeling // Metallurgist. – 2022. – Vol. 66. – P. 711–714. – DOI: 10.1007/s11015-022-01379-y.
Применение компьютерного моделирования для совершенствования технологии горячей объемной штамповки алюминиевых сплавов / И. Л. Константинов, И. Ю. Губанов, Ю. В. Горохов, И. О. Астрашабов // Цветные металлы. – 2015. – № 11. – С. 68–71. – DOI: 10.17580/tsm.2015.11.12.
Оптимизация процесса горячей объемной штамповки путем моделирования в программном комплексе QFORM / А. К. Шмаков, А. В. Колесников, Н. В. Максименко, А. С. Станиславчик // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. – 2013. – № 4. – С. 28–31.
Брюханов А. Н., Ребельский А. В. Горячая штамповка. Конструирование и расчет штампов. – Москва : Машгиз, 1952. – 665 с.

Библиографическая ссылка на статью

Zamaraeva Yu. V., Knysh L. I., Gaisin E. M. Experience in the Application of Simulation of Hot Forging in Production Conditions at the Kumw Jsc // Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures. - 2023. - Iss. 5. - P. 69-82. -
DOI: 10.17804/2410-9908.2023.5.069-082. -
URL: http://dream-journal.org/issues/content/article_410.html
(accessed: 08.05.2024).