izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2023-10-41-48izmertech-2054Research ArticleОБЩИЕ ВОПРОСЫ МЕТРОЛОГИИ И ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИGENERAL PROBLEMS OF METROLOGY AND MEASUREMENT TECHNIQUESКонтроль технологических параметров процесса штамповки оребрённых панелей: использование средств измерений и методов численного моделированияControl of technological parameters in the process of ribbed panel forging: use of measuring equipment and mathematical modeling methodshttps://orcid.org/0000-0002-2962-0452ЖаровМ. В.ZharovM. V.

Максим Владимирович Жаров

Москва

Maxim V. Zharov

Moscow

MaximZharov@mail.ruhttps://orcid.org/0009-0002-1690-9043ПреображенскийЕ. В.PreobrazhenskiiE. V.

Евгений Владимирович Преображенский

Москва

Evgenii V. Preobrazhenskii

Moscow

preobrazhenskijev@mai.ruМосковский авиационный институт (национальный исследовательский университет)РоссияMoscow Aviation Institute (National Research University)Russian Federation2023171120230104148Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20232023ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/2054

Рассмотрены особенности контроля технологических параметров процесса изотермической штамповки оребрённых панелей, связанные со строгим соблюдением температурно-скоростных условий деформации. Показано, что для изготовления бездефектных панелей часто недостаточно контролировать технологические параметры только по результатам измерений датчиков температурных полей из-за погрешностей и внешних возмущений. Отмечено, что температуру металла в очаге деформации можно оценить только косвенно. По аналогии с фильтром Калмана предложен способ контроля технологических параметров процесса изотермической штамповки оребрённых панелей по совокупности результатов, полученных от датчиков и рассчитанных методом конечных элементов. Исследованы точность и скорость расчёта конечноэлементной модели штамповки в четырёх широко распространённых специализированных программных продуктах – DeForm, QForm, Forge NxT, Simufact Forming. При сравнении полученных при анализе данных подтверждена высокая степень достоверности результатов моделирования и показана потенциальная возможность контроля технологических параметров производства бездефектной продукции предложенным способом. Метод конечных элементов в двухмерной постановке задачи обеспечил приемлемую скорость численного моделирования при контроле хода операций в режиме реального времени. Полученные результаты актуальны для металлургических предприятий, где изготавливают ответственные детали для авиастроительной и космической отрасли, и поэтому предъявляются повышенные требования к производственным процессам по соблюдению диапазона допустимых изменений технологических параметров.

The article discusses the control of technological parameters for the process of isothermal forging of cross-ribbed panels. To ensure defect-free manufacturing of panels, strict adherence to the temperature and rate conditions is required. However, due to errors and external disturbances, the measuring equipment does not often provide reliable information. In addition, the temperature of the metal in the deformation zone can only be estimated indirectly. Therefore, by analogy with the Kalman filter, it is proposed to combine data from sensors and the results calculated using the finite element method. For this purpose, the accuracy and speed of calculation of the finite element model were studied in four popular specialized software products: DeForm, QForm, Forge NxT, Simufact Forming. Comparison of the results of the analysis made it possible to confirm the high degree of reliability of modeling and the potential possibility of controlling technological parameters for the production of defect-free panels by the suggested way. It is shown that the finite element method in the two-dimensional formulation of the problem provides an acceptable calculation speed for monitoring the progress of operations in real time. The obtained results are relevant for metallurgical enterprises for which there are increased requirements for compliance with the range of permissible changes in technological parameters during production processes.

изотермическая штамповкаоребрённые панелиQFormметод конечных элементовметод конечных объёмовфильтр КалманаMATLABisothermal forgingcross ribbed panelsQFormfinite element methodfinite volume methodextended Kalman filterMATLABReferencesAi Z. Y., Jiang Y. H., Zhao Y. Z., Mu J. J., Engineering Analysis with Boundary Elements, 2022, vol. 137, pp. 1–15. https://doi.org/10.1016/j.enganabound.2022.01.006Ai Z. Y., Jiang Y. H., Zhao Y. Z., Mu J. J., Engineering Analysis with Boundary Elements, 2022, vol. 137, pp. 1–15. https://doi.org/10.1016/j.enganabound.2022.01.006Галкин В. И., Васильев В. А., Палтиевич А. Р., Борунова Т. И., Шелест А. Е. К вопросу о возможности управления процессом изотермической штамповки бездефектных оребренных панелей из сплава 1420 // Технология лёгких сплавов. 2017. № 1. С. 84–90. https://elibrary.ru/zhdgpdGalkin V. I., Vasil’ev V. A., Paltievich A. R., Borunova T. I., Shelest A. E., The possibility of managing the process of isothermal forging free-defect ribbed panels of 01420 alloy, Technology of Light Alloys, 2017, no. 1, pp. 84–90. (In Russ.)Peng L. X., Tao Y.-P., Li H.-Q., Mo G.-K., Mathematical Problems in Engineering, 2014, vol. 2014, 548708. https://doi.org/10.1155/2014/548708Peng L. X., Tao Y.-P., Li H.-Q., Mo G.-K., Mathematical Problems in Engineering, 2014, vol. 2014, 548708. https://doi.org/10.1155/2014/548708Каблов Е. Н., Антипов В. В., Оглодкова Ю. С., Оглодков М. С. Опыт и перспективы применения алюминий-литиевых сплавов в изделиях авиационной и космической техники // Металлург. 2021. № 1. С. 62–70. https://elibrary.ru/emtleoKablov E. N., Antipov V. V., Oglodkova J. S. et al., Metallurgist, 2021, vol. 65, pp. 72–81. https://doi.org/10.1007/s11015-021-01134-9Rioja R. J., Liu, J., Metallurgical and Materials Transactions A, 2012, vol. 43, pp. 3325–3337. https://doi.org/10.1007/s11661-012-1155-zRioja R. J., Liu J., Metallurgical and Materials Transactions A, 2012, vol. 43, pp. 3325–3337. https://doi.org/10.1007/s11661-012-1155-zHajjioui E. A., Bouchaâla K., Faqir M., Essadiqi E., Heliyon, 2023, vol. 9, no. 3, e12565. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2022.e12565Hajjioui E. A., Bouchaâla K., Faqir M., Essadiqi E., Heliyon, 2023, vol. 9, no. 3, e12565. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2022.e12565Лукин В. И., Жегина И. П., Лавpенчук В. П., Базескин А. В., Котельникова Л. В. Влияние методов сваpки на пpочностные хаpактеpистики и хаpактеp pазpушения сваpных соединений сплава системы Al-Mg-Li // Сварочное производство. 2008. № 2. С. 3–6. https://elibrary.ru/kgmiqhLukin V. I., Zhegina I. P., Lavrenchuk V. P., Bazeskin A. V., Kotel’nikova L. V., Welding International, 2009, vol. 23, no. 3, pp. 219–222. https://doi.org/10.1080/09507110902784095Raffeis I., Adjei-Kyeremeh F., Vroomen U., Richter S., Bührig-Polaczek A., Materials, 2020, vol. 13, no. 22, 5188. https://doi.org/10.3390/ma13225188Raffeis I., Adjei-Kyeremeh F., Vroomen U., Richter S., Bührig-Polaczek A., Materials, 2020, vol. 13, no. 22, 5188. https://doi.org/10.3390/ma13225188Rezaeifar H., Elbestawi M., Optics & Laser Technology, 2022, vol. 147, 107611 https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2021.107611Rezaeifar H., Elbestawi M., Optics & Laser Technology, 2022, vol. 147, 107611. https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2021.107611Жаров М. В. Измерительно-управляющая система термокомпрессионного оборудования с регламентированными температурно-скоростными параметрами деформирования // Измерительная техника. 2022. № 12. С. 46–51. https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2022-12-46-51Zharov M. V., Measurement Techniques, 2023, vol. 65, pp. 917–922. https://doi.org/10.1007/s11018-023-02176-yКулак М. М., Мышляев М. М. Влияние ультразвуковых колебаний на структуру и механическое поведение алюминий-литиевого сплава при сверхпластической деформации // Металлы. 2022. № 1. С. 15–20.Kulak M. M., Myshlyaev M. M., Russian Metallurgy (Metally), 2022, vol. 2022, pp. 13–18. https://doi.org/10.1134/S0036029522010098Баженов М. Г., Галкин В. И., Жаров М. В., Зверлов Б. В., Лисов А. А., Орлов Л. С. Автоматизированная система управления термокомпрессионной установкой // Измерительная техника. 2003. № 1. С. 37–38. https://elibrary.ru/pdadpxBazhenov M. G., Galkin V. I., Zharov M. V., Zverlov B. V., Lisov A. A., Orlov L. S., Measurement Techniques, 2003, vol. 46, no. 1, pp. 56–58. https://doi.org/10.1023/A:1023465623044Li X., Qian L., Sun C. et al., The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2021, vol. 114, pp. 2485– 2497. https://doi.org/10.1007/s00170-021-06956-0Li X., Qian L., Sun C. et al., The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2021, vol. 114, pp. 2485– 2497. https://doi.org/10.1007/s00170-021-06956-0Бойко С. В., Ларичкин А. Ю. Обратная задача формообразования оребренной панели // Прикладная механика и техническая физика. 2023. Т. 64. № 3(379). С. 216–226. https://doi.org/10.15372/PMTF202215214Boiko S. V., Larichkin A. U., Inverse problem of ribbed panel shape formation, Journal of Applied Mechanics and Technical Physics, 2023, vol. 64, no. 3, pp. 549–564. https://doi.org/10.1134/S0021894423030215Петров П. А., Фам Ван Нгок, Бурлаков И. А., Матвеев А. Г., Сапрыкин Б. Ю., Петров М. А. Построение кривых текучести алюминиевого сплава АМг5 на основе натурного и вычислительного экспериментов // Технология легких сплавов. 2022. № 2. С. 65–74. https://doi.org/10.24412/0321-4664-2022-2-65-74Petrov P. A., Ngok F. V., Burlakov I. A., Matveev A. G., Saprykin B. Yu., Petrov M. A., Construction of yield curves for AMg5 aluminum alloy based on full-scale tests and computer simulation, Technology of Light Alloys, 2022, no. 2, pp. 65–74. (In Russ.) https://doi.org/10.24412/0321-4664-2022-2-65-74Rihacek J., Peterkova E., Cisarova M., Kubicek J., MM Science Journal, 2020, vol. 2020, no. 1, pp. 3734–3739. https://doi.org/10.17973/MMSJ.2020_03_2019151Rihacek J., Peterkova E., Cisarova M., Kubicek J., MM Science Journal, 2020, vol. 2020, no. 1, pp. 3734–3739. https://doi.org/10.17973/MMSJ.2020_03_2019151Cechura M., Hlaváč J., Volejnicek M., Kubec V., Advances in Mechanical Engineering, 2020, vol. 12, no. 11. https://doi.org/10.1177/1687814020970308Cechura M., Hlaváč J., Volejnicek M., Kubec V., Advances in Mechanical Engineering, 2020, vol. 12, no. 11. https://doi.org/10.1177/1687814020970308Li X., Huang Q., Luo X., Wang P., Applied Thermal Engineering, 2022, vol. 213, 118673. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2022.118673Li X., Huang Q., Luo X., Wang P., Applied Thermal Engineering, 2022, vol. 213, 118673. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2022.118673Plogmeyer M., Kruse J., Stonis M. et al., Microsystem Technologies, 2021, vol. 27, pp. 3841–3850. https://doi.org/10.1007/s00542-020-05179-9Plogmeyer M., Kruse J., Stonis M. et al., Microsystem Technologies, 2021, vol. 27, pp. 3841–3850. https://doi.org/10.1007/s00542-020-05179-9Durand C., Freund L., Baudouin C., Bigot R., Guérin J.-D., Comparison of different sensor technologies to monitor a forging process. Proceedings of 24th International Conference on Material Forming (ESAFORM 2021), Liège, Belgium, April 2021, 10 p. https://doi.org/10.25518/esaform21.1475Durand C., Freund L., Baudouin C., Bigot R., Guérin J.-D., Comparison of different sensor technologies to monitor a forging process. Proceedings of 24th International Conference on Material Forming (ESAFORM 2021), Liège, Belgium, April 2021, 10 p. https://doi.org/10.25518/esaform21.1475

The authors declare that there are no conflicts of interest present.