Механіко-математичне моделювання процесу профілювання металевих планок для фальцювальних механізмів

Петро Олексійович Киричок; Дмитро Олександрович Палюх

doi:10.20535/2077-7264.4(86).2024.334868

Автор(и)

Петро Олексійович Киричок National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute” , Україна https://orcid.org/0000-0002-4692-6867
Дмитро Олександрович Палюх National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute” , Україна

DOI:

https://doi.org/10.20535/2077-7264.4(86).2024.334868

Ключові слова:

профільне формоутворення, фальцювальні планки, метод скінченних елементів, моделювання деформації, фізико-механічні властивості

Анотація

Об’єктом дослідження є процес формоутворення профільних фальцювальних планок шляхом деформування металевих пластин із використанням механіко-математичного моделювання. Метою є встановлення впливу фізико-механічних властивостей матеріалів і типу профілю на характер розподілу напружень та формування геометрії у процесі згинання.

Для моделювання застосовано метод скінченних елементів (МКЕ) з побудовою тривимірних моделей планок з профілями логістичного, синусоїдального, параболічного та евольвентного типу. Дослідження проведено для матеріалів DC01 (AISI 1008), AISI 321, латуні Л63, титану Grade 2 та алюмінію 6061. Встановлено наявність трьох характерних зон — пружної, пластичної та перехідної — для кожного типу профілю. Визначено, що жорсткі матеріали (наприклад, AISI 321) забезпечують більшу стабільність форми, тоді як м’які (латунь, алюміній) формують профіль з більшими відхиленнями при однакових зусиллях.

Побудовано порівняльні діаграми фізико-механічних властивостей, карти напружень і деформацій, 3D-візуалізації деформованих профілів. Установлено, що форма профілю суттєво впливає на зони локалізації пластичної деформації та величину пружного повернення, що слід обов’язково враховувати під час проєктування фальцювальних планок у складі потокових ліній для виготовлення інтегральних обкладинок.

Результати можуть бути впроваджені у процес інженерного проєктування профільних планок з прогнозованими геометричними параметрами, підвищеною стабільністю та зносостійкістю, адаптованих до конкретних умов експлуатації.

Біографії авторів

Петро Олексійович Киричок, National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute”

д-р техн. наук, проф., директор ВПІ КПІ ім. Ігоря Сікорського, заслужений діяч науки і техніки України; голова редколегії, головний редактор збірника наукових праць "Технологія і техніка друкарства"

Дмитро Олександрович Палюх, National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute”

аспірант

Посилання

Meng, Y., Xu, J., Ma, L., Jin, Z., Prakash, B., Ma, T., & Wang, W. (2022). A review of advances in tribology in 2020–2021. Friction, 10(10), 1443–1595. https://doi:10.1007/s40544-022-0685-7.

Zhu, X., Wang, X., & Wu, H. (2024). Calculation method and analysis of residual stress in the strip bending roller straightening process. Scientific Reports, 14, 9149. https://doi:10.21203/rs.3.rs-3902940/v1.

Boazu, D., Gavrilescu, I., & Stan, F. (2024). Analytical and Finite Element Analysis of the Rolling Force for the Three-Roller Cylindrical Bending Process. Materials, 17(21), 5230. https://doi.org/10.3390/ma17215230.

Boru E., Aydın E., & Sadid M. S. (2023). Investigation of bending behaviors of GFRP-strengthened steel RHS profiles with experimental and numerical models. Buildings, Vol. 13, No. 5, 1216. https://doi.org/10.3390/buildings13051216.

Farioli D., Kaya E., & Strano M. (2024). Flattening of bent metal sheets as a remanufacturing operation. Journal of Remanufacturing, Vol. 14, No. 2, 293–314. https://doi.org/10.1007/s13243-024-00146-3.

Li, Y., Wen, J., Lin, H., Yu, M., & Wang, F. (2022). Mathematical modelling of online warping height of cold-rolled thin strip steel. International Journal of Steel Structures, 22(4), 913–919. https://doi.org/10.1007/s13296-022-00615-0.

Yi, G., Wang, Z., & Hu, Z. (2020). A Novel Modeling Method in Metal Strip Leveling Based on a Roll Strip Unit. Mathematical Problems in Engineering, 8, 1–16. https://doi.org/10.1155/2020/1486864.

Gribkov, E. P., Dobronosov, Y. K., Kovalenko, A. K. (2023). Eksperymentalne doslidzhennia protsesu pravky prokatu na bahatorolykovykh pravylnykh mashynakh [Experimental study of the process of straightening rolled products on multi-roller straightening machines]. Obrobka materialiv tyskom, 1(52), 138–144. Retrieved from https://www.scilit.com/publications/d8c1930b630323d60c993771b9a2cec8. doi:10.37142/2076-2151/2023-1(52)138 [in Ukrainian].

Graça, A., & Vincze, G. (2021). A short review on the finite element method for asymmetric rolling processes. Metals, 11(5), 762. https://doi.org/10.3390/met11050762.

Muraoka, T., Okude, Y., Kajikawa, S., & Kuboki, T. (2023). Effect of initial cross-sectional shape on bent shape in ‘Bending and Compression Method’ for forming in-plane bent sheet metal. In: Proceedings of the 14th International Conference on the Technology of Plasticity — Current Trends in the Technology of Plasticity. Springer, 307–316. doi:10.1007/978-3-031-42093-1_30.

Li, L., Xie, H., Liu, T., Huo, M., Li, X., Liu, X., Wang, E., Li, J., Liu, H., Sun, L., & Jiang, Z. (2022). Numerical analysis of the strip crown inheritance in tandem cold rolling by a novel 3D multi-stand FE model. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 120, 3683–3704. https://doi.org/10.1007/s00170-022-08997-5.

Yan, Z., Pan, S., Tang, Y., & Cao, W. (2024). Theoretical study of asymmetric bending force on metal deformation in cold rolling. Metals, 14(10), 1168. https://doi.org/10.3390/met14101168.

Haribabu, G. N., Yubero, D. C., Maawad, E., Faria, G. A., Staron, P., Schell, N., Ramadhan, R. S., Cabeza, S., Paecklar, A., Pirling, T., Withers, P. J., & Roy, M. J. (2024). Benchmark Sample Design for the Validation of Residual Stress Measurements by Difraction: Insights and Practicalities. Integrating Materials and Manufacturing Innovation, 13, 955–968. https://doi.org/10.1007/s40192-024-00385-z.

Silva, R. F., Coelho, P. G., Conde, F. M., Santos, B. R., & Oliveira, J. P. (2024). Minimizing the maximum von Mises stress of elastic continuum structures using topology optimization and additively manufactured functionally graded materials. Computers & Structures, 301, 107469. https://doi.org/10.1016/j.compstruc.2024.107469.

Roubíček, T., & Tomassetti, G. (2023). Inhomogeneous finitely strained thermoplasticity with hardening by an Eulerian approach. arXiv preprint, arXiv:2304.05918. https://doi.org/10.48550/arXiv.2304.05918.

Carvalho, L. A., & Lukács, Z. (2022). The role of friction in the sheet metal forming numerical simulation. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 1246(1), 012021. https://doi.org/10.1088/1757-899X/1246/1/012021.