Перспективы применения полимерного штамповочного инструмента

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Представлены результаты исследований, направленных на расширение области применения полимерных материалов. Показана принципиальная возможность изготовления рабочего инструмента для штамповки листовых деталей из пластика методом экструзионной 3D-печати. Приведены результаты моделирования процесса штамповки пластиковым инструментом. Определены контактные напряжения и приведены результаты натурных экспериментов по вытяжке заготовок деталей типа «втулка» инструментом изполимеров марок PLA и ePA-CF.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Алексей Дмитриевич Куликов

АО «ОДК»

Автор, ответственный за переписку.
Email: journal@electronics.ru

заместитель начальника цеха; Производственный комплекс «Салют» 

Россия, Москва

Павел Александрович Петров

Московский политехнический университет

Email: journal@electronics.ru

кандидат технических наук, доцент, кафедра «Обработка материалов давлением и аддитивные технологии»

Россия, Москва

Игорь Андреевич Бурлаков

Московский политехнический университет

Email: journal@electronics.ru

доктор технических наук, старший научный сотрудник, профессор

Россия, Москва

Павел Анатольевич Полшков

АО «ОДК»

Email: journal@electronics.ru

начальник технологического бюро; Производственный комплекс «Салют»

Россия, Москва

Список литературы

  1. Бурдуковский В. Г. Технология листовой штамповки. Учебное пособие. Екатеринбург: Издательство Уральского университета, 2019. 224 с.
  2. Юсипов З. И., Каплин Ю. И. Обработка металлов давлением и конструкции штампов. М.: Машиностроение, 1981. 272 с.
  3. Gebhardt A., Hötter J.-S. Rapid Tooling. In: Additive Manufacturing 3D Printing for Prototyping and Manufacturing. München: Carl Hanser Verlag GmbH & Co. KG, 2016. PP. 353–394.
  4. Afonsoa D., Piresa L., Alves de Sousa R., Torcato R. Direct rapid tooling for polymer processing using sheet metal tools // Procedia Manufacturing. 2017. V. 13. PP. 102–108.
  5. Gupta P., Lee J. Rapid prototyping in die manufacturing. Paper presented at The Society of manufacturing Engineers, (1993). PP. 11–13.
  6. Jacobs P. F. Stereolithography and other RP&M Technologies: From Rapid Prototyping To Rapid Tooling // ASME Press, New York, NY. (1996).
  7. Cheah C. M., Chua C. K., Lee C. W., Lim S. T., Eu K. H., Lin L. T. Rapid sheet metal manufacturing. part 2: direct rapid tooling// Advanced Manufacturing Technology,. 2002. V. 19 (7). PP. 510–515.
  8. Lee A., Chung C. W., Ramani K., Schlueter T., Tomovic M. M. WirePath: development of a new method for direct rapid tooling // Proceedings of the 7th ACM Symposium on Solid Modeling and Applications, Saarbrücken (2002).
  9. Durgun I. Sheet metal forming using FDM rapid prototype tool // Rapid Prototyping Journal. 2015. V. 21 (4). PP. 412–422.
  10. Nakagawa T., Suzuki K. A low cost blanking tool with bainite steel sheet laminated // Proceedings of 21 International MTDR Conference, 1980.
  11. Rosochowski A., Matuszak A. Rapid tooling: the state of the art // Journal of Materials Processing Technology. 2000. V. 106 (1/3). PP. 191–198.
  12. Liewald M., de Souza J. H. C. New developments on the use of polymeric materials in sheet metal forming // Production Engineering. 2008. V. 2(1). PP. 63–72.
  13. Mueller D. H., Mueller H. Experiences using rapid prototyping techniques to manufacture sheet metal forming tools // Proc. ISATA Conf., Dublin. 9 (2000). PP. 25–27.
  14. FDM Deep-Draw Metal Forming Tool. [Электронный ресурс] URL: https://www.stratasys.com/contentassets/d19ded4218c14f749618c6b0fa5be033/ab_fdm_metalformingtool_a4_0323a-2-1.pdf?v=49c1f0 (дата обращения:24.04.2025).
  15. Frohn-Sörensen P., Geueke M., Tuli T. B. et al. 3D printed prototyping tools for flexible sheet metal drawing // Int J Adv Manuf Technol. 2021. V. 115. PP. 2623–2637.
  16. Klimyuk D., Serezhkin M., Plokhikh A. Application of 3D Printing in Sheet Metal Forming // Materials Today: Proceedings. 2021. V. 38 (4). PP. 1579–1583.
  17. Bhatia C. V., Patel D. R. A Review on Design of Additively Manufactured 3D Printed Tools for Sheet Metal Forming Processes // ECS Trans. 2022. V. 107. P. 13745.
  18. Du Z. H., Chua C. K., Chua Y. S., Loh-Lee K. G., Lim S. T. Rapid sheet metal manufacturing, Part 1: indirect rapid tooling // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2002. V. 19 (1). PP. 411–417.
  19. Ferreira R.T.L., Amatte I. C., Dutra T. A., Bürger D. Experimental characterization and micrography of 3D printed PLA and PLA reinforced with short carbon fibers // Composites Part B Engineering. 2017. V. 124 (1). PP. 88–100.
  20. Савченя А. А., Ермаков А. И. Исследование влияния технологических параметров 3D-печати PLA-пластиком на механические характеристики изделий // Мировая экономика и бизнес администрирование малых и средних предприятий: материалы 16-го Междунар. науч. семинара, проводимого в рамках 18-й Междунар. науч.-техн. конф. «Наука – образованию, производству, экономике», г. Минск, 26 марта 2020 г. Минск: Право и экономика, 2020. С. 231–232.
  21. Залогин М. Ю. и др. Экспериментальное определение и сравнительный анализ характеристик прочности полимеров PPH030GP, ABS и PLA при различных скоростях деформации // Наука и техника. 2019. Т. 18, № 3. С. 233–239.
  22. Кулик В. И., Нилов А. С. Аддитивные технологии в производстве изделий авиационной и ракетно-космической техники: учебное пособие. М.: 2018. 160 c.
  23. Бурлаков И. А., Полшков П. А., Петров П. А., Сапрыкин Б. Ю. Гибка труб с применением 3D-напечатанного инструмента // Аддитивные технологии. 2022. № 4. С. 32–34.
  24. Звонов С. Ю. Разработка и исследование моделированием в программе QForm процесса гибки изделия типа «Улитка» на инструменте из PLA-пластика // QForm Форум «Моделирование процессов штамповки, прокатки и прессования в QForm». М., 2023.
  25. Aksenov L. B., Kononov I. Y. 3D Printed Plastic Tool for Al Thin-Sheet Forming // IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science. 2019. V. 337. P. 012053.
  26. Langstädtler L., Intemann A., Herrmann M., Schenck C., Pegel H., Kuhfuss B. Rapid Tooling for Impulse Forming. ESAFORM 2021. 10.25518/esaform21.2483, (2021), pp. 2483/1–2483/10.
  27. Петров П. А., Бурлаков И. А., Полшков П. А. и др. Изучение метода повышения прочности филамента PLA // СТАНКОИНСТРУМЕНТ. 1 (034) (2024). С. 60–64.
  28. D printed press brake forming tools. [Электронный ресурс]. URL: https://www.instructables.com/id/3D-Printed-Press-Brake-Forming-Tools (дата обращения: 24.04.2025).
  29. Nakamura N., Mori K., Abe F., Abe Y. Bending of sheet metals using plastic tools made with 3D printer // Procedia Manufacturing, 15 (2018), 737–742.
  30. Сережкин М. А., Лавриненко В. Ю., Балахонцева Н. А., Тихонова Е. А. Экспериментальные исследования точности деталей при вытяжке с использованием FDM – инструмента // Известия ТулГУ. Технические науки. 2024. № 4. С. 435–440.
  31. Петров П. А., Бурлаков И. А., Полшков П. А. и др. Повышение прочности формообразующего инструмента из полилактида PLA методом закалки // СТАНКОИНСТРУМЕНТ. 2023. № 1. С. 58–65.
  32. Бурлаков И. А., Полшков П. А., Петров П. А., Шаболин М. В. Зависимость геометрической точности труб от технологических параметров гибки инструментом из полилактида PLA // Известия ТулГУ. Технические науки. 2023. № 3. С. 136–141.
  33. Куликов А. Д., Бурлаков И. А., Петров П. А., Полшков П. А. Штамповка тонкостенных заготовок с применением инструмента из полиактида PLA // Известия ТулГУ. Технические науки. 2023. № 12. С. 616–620.
  34. Власов А. В., Стебунов С. А., Евсюков С. А. и др. Конечно-элементное моделирование технологических процессов ковки и объемной штамповки. М.: Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2019. 383 с.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Пример штампа для формовки детали из листового металла: а – верхний и нижний штампы; б – штампы в сборе; в – штамп в рабочей зоне пресса; г – штампованная деталь в нижнем штампе [9]

Скачать (133KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Напряжения текучести при растяжении и сжатии образцов в зависимости от температуры отпуска: 1 – сжатие без термообработки, 2 – сжатие 70 °C, 3 – сжатие 85 °C, 4 – сжатие 100 °C, 5 – растяжение без термообработки, 6 – растяжение 70 °C, 7 – растяжение 85 °C, 8 – растяжение 100 °C [27]

Скачать (225KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Схема вытяжки стальных тонкостенных заготовок

Скачать (81KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Твердотельные модели матрицы (а) и пуансона (б)

Скачать (41KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Заготовки после вытяжки без прижима (а) и с прижимом (б) – моделирование

Скачать (129KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Экспериментальная полимерная оснастка для вытяжки на гидравлическом прессе: а – матрица из PLA; б – пуансон из PLA; в – прижим из нейлона ePA-CF; г – заготовка из стали 12Х18Н10Т

Скачать (154KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Металлические заготовки после вытяжки полимерным инструментом из PLA без прижима (а) и с прижимом (б)

Скачать (71KB)
Метаданные

© Куликов А.Д., Петров П.А., Бурлаков И.А., Полшков П.А., 2025