Развитие теории и технологии листовой пневмоформовки изделий в режиме сверхпластичности

Панченко, Евгений Васильевич

Технологии и машины обработки давлением

автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.05, диссертация на тему:Развитие теории и технологии листовой пневмоформовки изделий в режиме сверхпластичности

доктора технических наук: Панченко, Евгений Васильевич
город: Тула
год: 2005
специальность ВАК РФ: 05.03.05
цена: 450 рублей

Диссертация по обработке конструкционных материалов в машиностроении на тему «Развитие теории и технологии листовой пневмоформовки изделий в режиме сверхпластичности»

Автореферат диссертации по теме "Развитие теории и технологии листовой пневмоформовки изделий в режиме сверхпластичности"

На правах рукописи

Панченко Евгений Васильевич

РАЗВИТИЕ ТЕОРИИ И ТЕХНОЛОГИИ ЛИСТОВОЙ ПНЕВМОФОРМОВКИ ИЗДЕЛИЙ В РЕЖИМЕ СВЕРХПЛАСТИЧНОСТИ

Специальность 05 03.05 - Технологии и машины обработки давлением

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Тула 2005

Работа выполнена на кафедре "Механика пластического формоизменения" и в базовой лаборатории кафедры "Технология металлов" в ГОУ ВПО "Тульский государственный университет"

Официальные оппоненты- доктор технических наук, профессор

Смирнов Олег Михайлович

доктор технических наук, профессор Романов Константин Игоревич

доктор технических наук, профессор Кухарь Владимир Денисович

Ведущая организация - ОАО 'Тульский научно-исследовательский

технологический институт"

Защита состоится ноября 2005 ]

на заседании диссертационного совета Д 212.271.01 при ГОУ ВПО "Тульский государственный университет" (300600, г. Тула, ГСП, пр-т Ленина, 92, 9-101).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО "Тульский государственный университет".

Автореферат разослан" 5 " октября 2005

Ученый секретарь диссертационного с ответа

А.Б.Орлов

/уг-гъге

№52

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Развитие современного машиностроения в значительной мере зависит от эффективной разработки и внедрения новых технологических процессов, обеспечивающих снижение энергозатрат, экономию материальных ресурсов при повышении производительности труда и качества получаемых изделий. Ряд отраслей народного хозяйства, решающих задачи обработки давлением труднодеформируемых промышленных сплавов, сталкивается с проблемой повышения деформационной способности конструкционных материалов в состоянии поставки, особенно при получении изделий сложных геометрических форм из листовых заготовок в условиях мелкосерийного и единичного производства.

Проблемы глубокой вытяжки изделий с утонением стенки связаны со сложностью изготовления и высокой стоимостью инструмента и оснастки для штамповки, а стойкость пуансонов при этом невысока, Многопе-реходность штамповки обуславливает необходимость использования большого количества промежуточной оснастки, поэтапная смена которой приводит к увеличению длительности процесса изготовления изделий, к износу инструмента и, как следствие, снижению качества готовой продукции. Необходимость применения промежуточных отжигов при выполнении глубокой вытяжки требует дополнительного оборудования и увеличивает общие энергозатраты.

Устранить эти недостатки можно при использовании процессов пневмоформовки и пневмомеханической формовки листовых заготовок в режиме сверхпластичности. Получение высокоточных корпусных изделий, куполообразных оболочек, элементов защитных и несущих конструкций авиакосмической техники требует создания новых способов экспериментальных исследований, точно соответствующих схеме напряженного состояния при пневмоформовке и научно-обоснованных методов расчета технологических параметров процессов формообразования изделий в режиме сверхпластичности, а также создания программ автоматизированного управления этими параметрами при реализации технологических процессов Решение задач изготовления полых изделий сложных геометрических форм за одну основную технологическую операцию требует создания адекватных математических моделей формоизменения в режиме сверхпластичности и разработки рационального варианта оценки деформационных возможностей с помощью компьютерного моделирования на базе современных машинно-ориентированных численных методов и компьютерных информационных технологий.

гических процессов изготовления сложных и высокоточных изделий при снижении их общей себестоимости и повышении качества. В этой комплексной проблеме также является актуальной оценка пригодности любых листовых материалов в состоянии поставки к пневмоформовке в режиме сверхпластичности, с использованием отношения минимального к максимальному значению интенсивности напряжений, соответствующих допустимым границам изменения скорости деформации, непосредственно выраженное через давление газовой среды на заготовку в определенные моменты времени.

Таким образом, проблема развития теории и современных методов анализа процессов формоизменения труднодеформируемых листовых материалов при пневмоформовке в режиме сверхпластичности, а также разработка ресурсосберегающих технологических процессов получения сложных изделий из листа, включая вопросы проектирования специальной оснастки и оборудования, является актуальной для теории и практики технологий и машин обработки давлением.

Настоящая работа, посвященная решению указанной проблемы, выполнена в базовой лаборатории кафедры "Технология металлов" и кафедры "Механика пластического формоизменения" Тульского государственного университета. Отдельные разделы работы выполнялись в соответствии с координационным планом АН СССР и в соответствии с постановлением Государственного комитета по науке и технике по планам госбюджетных и хоздоговорных работ с предприятиями машиностроения, а так же в рамках гранта Президента РФ для поддержки ведущих научных школ № НШ-1456.2003.8 по направлению «Механика формоизменения ор-тотропных и изотропных упрочняющихся материалов при различных температурах и скоростях деформирования».

Цель работы. Развитие теории и технологии листовой пневмофор-мовки в режимах сверхпластичности на базе разработанных научно обоснованных теоретических и экспериментальных методов анализа формоизменения с построением математических моделей, позволяющих установить рациональные режимы деформирования, кинематику течения и пригодность материалов для создания ресурсосберегающих технологий изготовления сложных изделий ответственного назначения.

Задачи исследований:

1. На основе анализа известных результатов использования пневмоформовки при производстве сложных изделий из листа в состоянии поставки, без предварительной подготовки структуры, выбрать сплавы с различными температурами сверхпластичности, разработать методики и провести исследования технологичности этих сплавов, для чего: • разработать методику определения оптимальной температуры сверхпластичности по изменению модуля упругости;

• разработать методику экспериментального определения основных характеристик сверхпластичности, позволяющих оценить пригодность листовых материалов к пневмоформовке;

• построить для исследуемых сплавов реологические зависимости т (£,), £,(<т„), к (£„), с(£7„) и определить допустимые диапазоны изменения скорости деформации и ее оптимальные значения;

• на основе результатов статистической обработки экспериментальных данных получить для диапазона допустимого изменения скорости деформации аналитические зависимости, аппроксимирующие механические уравнения состояния этих сплавов.

2. Разработать метод теоретического анализа процесса пневмо-формовки в режиме сверхпластичности и предложить единый подход к построению методик расчета технологических параметров на характерных стадиях формообразования типовых изделий.

3. Разработать конечноэлементный метод решения технологических задач пневмоформовки, с построением математических моделей формоизменения в режиме сверхпластичности и подтвердить адекватность результатов моделирования и данных экспериментальных исследований.

4. Спроектировать и изготовить лабораторные установки для экспериментального исследования процесса на стадии свободной формовки в матрицы различного контура из листовых заготовок, а также на стадиях заполнения рельефа, обеспечивающих в процессе опытов требуемый температурный режим и контроль необходимых параметров.

5. Разработать конструкции промышленных установок, специальной оснастки и системы автоматизированного контроля технологических параметров, обеспечивающих надежную герметизацию, термостатирование и автоматический режим управления процессом формообразования изделий

6. Разработать рекомендации по созданию технологических процессов изготовления ответственных изделий машиностроения пневмоформов-кой и пневмомеханической формовкой в режимах сверхпластичности из конструкционных листовых сплавов.

7. Спроектировать, отработать и внедрить типовые технологические процессы производства изделий различной номенклатуры для машиностроения и авиастроения.

8. Использовать результаты исследований в учебном процессе для подготовки новых курсов, а так же при выполнении дипломных проектов студентами, магистерских и кандидатских диссертационных работ.

Методы исследования:

- теоретический анализ процессов сверхпластического деформирования листовых материалов выполнен с использованием известных положений механики сплошных сред и прикладной теории пластичности; математическое моделирование, осуществлено с использованием метода конечных элементов и численных методов математики для механики деформируемого твердого тела;

- аналитический метод расчета, основанный на совместном решении уравнений равновесия тонкостенной оболочки, механического уравнения состояния сверхпластичности и линеаризованного условии текучести Ле-ви-Мизеса с учетом допущения, что пластическое течение происходит только во внеконтактной зоне формовки;

- экспериментальные исследования выполнены на специально сконструированных установках для пневмоформовки с автоматическим управлением и регистрацией всех необходимых параметров по разработанным автором методикам. При обработке результатов экспериментов использованы методы математической статистики с применением ЭВМ для аппроксимации экспериментальных кривых по методу наименьших квадратов для интерполяции и экстраполяции оптимальных режимов сверхпластичности при пневмоформовке.

Автор защищает.

1. Результаты установленных теоретически и экспериментально закономерностей для температурно-скоростных и силовых режимов деформирования промышленных сплавов в состоянии поставки, методы оценки их пригодности к пневмоформовке с утонением стенки на базе разработанных новых методов испытаний, раскрывающих деформационные возможности и оптимальные параметры выбранных алюминиевых, медных и титановых сплавов в режиме сверхпластичности.

2. Предложенный аналитический метод расчета основных определяющих параметров при изготовлении полых изделий сложной формы пневмоформовкой в режиме сверхпластичности и полученные на его основе зависимости и программы управления этими параметрами для интенсификации технологических процессов на этапе проектирования.

3. Вариант метода конечноэлементного анализа процессов пневмоформовки и пневмомеханической формовки в режиме сверхпластичности с учетом контактного взаимодействия оболочки с формообразующей матрицей и полученные на его основе результаты компьютерного моделирования ряда технологических процессов, выполненных с применением разработанных методик управления разнотолщинностью стенок изделий с использованием тормозящих элементов и реверсивной пневмомеханической формовки.

4. Конструкции устройств, инструмента и оснастки для процессов пневмоформовки в режиме сверхпластичности, признанных изобретениями, и рекомендации по проектированию типовых технологий изготовления высокоточных деталей, а также результаты опытных испытаний и промышленного внедрения ресурсосберегающих технологических процессов с использованием автоматизированных программ управления, разработанных на базе научно обоснованных методов расчета и проектирования формообразующих операций и технологических режимов деформирования.

Научная новизна диссертационной работы состоит в разработке современной методологии единого подхода к анализу формообразования сложнопрофильных изделий пневмоформовкой в режимах сверхпластичности на основе установленных теоретически и экспериментально закономерностей и математических моделей процессов деформирования, позволяющих установить нестационарные поля напряжений и деформаций для определения рациональных режимов обработки, с оценкой пригодности материалов к пневмоформовке при создании ресурсосберегающих технологических процессов и представлена следующими научными результатами:

1. Методики теоретических и экспериментальных исследований для определения рациональных параметров и режимов деформирования листовых материалов из конструкционных сплавов в состоянии поставки при пневмоформовке в режимах сверхпластичности и полученные на их основе характеристики формоизменения сплавов АМгб, АМгЗ, АМц, Л63 и ВТбс

2. Аналитический метод расчета основных технологических параметров процесса пневмоформовки полых сложнопрофильных оболочек для создания автоматизированных программ управления их формоизменением, позволяющий существенно интенсифицировать разработку типовых промышленных технологий на этапе проектирования

3 На базе метода конечных элементов разработана методика и программное обеспечение для определения нестационарных полей напряжений и деформаций в процессе формоизменения осесимметричных оболочек произвольной формы, с оценкой и возможностью управления их раз-нотолщинностью в процессе получения изделий заданной конфигурации.

4. Результаты экспериментально-теоретических исследований и моделирования, позволившие установить взаимосвязи основных технологических параметров и характеристик формоизменения при пневмо- и пневмомеханической формовке в режиме сверхпластичности для получения качественных изделий и осуществить научно обоснованную разработку новых технологий.

Практическую значимость работы составляют:

1. Разработанные эксперимен гально-расчетные методы анализа технологических процессов пневмоформовки листовых заготовок в режиме сверхпластичности:

- методика экспериментального определения параметров уравнения состояния материала, описывающего сверхпластичное поведение для схемы двухосного растяжения в оболочке;

- методики экспериментального определения предельных технологических возможностей труднодеформируемых конструкционных сплавов для оценки их пригодности к пневмо- и пневмомеханической формовке в режиме сверхпластичности;

- технологические номограммы и программы управления для изготовления изделий различной сложности из листовых заготовок пневмо-

формовкой, основанные на аналитическом методе расчета основных параметров процесса формообразования, позволяющие в условиях промышленного предприятия проектировать новые технологические процессы производства изделий;

- программы численного конечно-элементного расчета технологических параметров и управления процессом пневмоформовки без ограничений, связанных со сложностью и точностью конечной формы изделий, позволяющие без проведения трудоемких и дорогостоящих экспериментальных исследований установить оптимальные режимы сверхпластичности и параметры пневмоформовки;

2 Пакеты прикладных программ для анализа формовки оболочек, обеспечивающие возможность более широкого внедрения компьютеров в практику проектирования технологических процессов листовой штамповки и существенное повышение производительности труда при технологической подготовке производства новых изделий

3. Результаты сравнительного анализа ряда процессов пневмоформовки, позволяющие показать преимущеава этих процессов по сравнению с традиционными способами обработки листовых материалов, за счет возможности получить детали сложной формы с высоким качеством поверхности за одну технологическую операцию и сокращения объема последующей трудоемкой механической обработки.

4 Оригинальные конструкции установок, специальной оснастки и оборудования с автоматизированной пневмосистемой для изготовления высокоточных изделий заданных геометрических форм и размеров из листовых заготовок, защищенные авторскими свидетельствами СССР на изобре1ения (№582032, №557229, №531587, №614856).

5. Новые ресурсосберегающие технологии, разработанные и практически реализованные для производства изделий машиностроения различной номенклатуры за одну основную технологическую операцию при минимальном числе переходов пневмоформовкой в режиме сверхпластичности.

6. Включенные в разделы лекционных курсов «Новые техпроцессы и оборудование», «Технология листовой штамповки», «Основы теории высокоэффективных технологических процессов листовой и объемной штамповки», «Технология высокоэффективных технологических процессов листовой и объемной штамповки» при подготовке бакалавров направления 150400 «Технологические машины и оборудования» и студентов, обучающихся по направлению 150200 «Машиностроительные технологии и оборудование» специальности 150201 «Машины и тсхноло: ия обработки металлов давлением», а так же идеи, выводы и разработанные в диссертации подходы, используемые в учебном процессе ТулГУ при подготовке магистров и специалистов высшей квалификации.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы и результаты исследований докладывались на Всесоюзной научно-

технической конференции "Новое в кузнечно-штамповочном производстве" (г. Запорожье, 1975г), на отраслевых научно-технических семинарах в МДНТП им Дзержинского (г Москва) "Штамповка эластичными, жидкостными и газовыми средами" (1976г) и "Качество и эффективность при листовой и объемной штамповке" (1977г.), на Всесоюзном научно-техническом семинаре "Сверхпластичность металлов" (г Москва, 1978г.), на научно-технических семинарах "Механические испытания материалов и сверхпластичность металлов" (Алжир, университет г. Блида, 1986-1988гг.), на Международной НТК 'Тесурсосберегающие технологии, оборудование и автоматизация штамповочного производства" (г. Тула, 1999г.), на Международных конференциях "Автоматизация: проблемы, идеи, решения" (г. Тула, 2002г. и 2004г.), на XXXIII Уральском семинаре "Технологии и машины обработки давлением" (г. Екатеринбург, 2003г.), на Всероссийской НТК «Наука. Промышленность. Оборона» г. Новосибирск, 2005 г., на ежегодных НТК профессорско-преподавательского состава Тульского государственного университета (г. Тула, 1973-2005 гг.).

Вклад автора в разработку оборудования и технологии пневмофор-мовки сплавов в режиме сверхпластичности дважды отмечен Дипломами лауреата премий им. С.И.Мосина по машиностроению.

Научно-исследовательские работы студентов и аспирантов, выполненные под руководством автора диссертации, отмечены 35 Дипломами лауретов и Почетными грамотами международных научных конференций.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 47 научных работ, в том числе 4 авторских свидетельства на изобретения и 3 монографии.

Автор выражает искреннюю благодарность д.т.н, доц. Е.М. Селед-кину за помощь в постановке задач моделирования процессов пневмофор-мовки и д т.н., проф С. П. Яковлеву за ценные замечания при выполнении работы.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованных источников из 208 наименований на 20 страницах и приложений и содержит 326 страниц основного машинописного текста, включая 165 рисунков и 23 таблицы. Общий объем 353 страницы.

Во введении обоснована актуальность рассматриваемой в работе проблемы, отражена ее научная новизна, практическая ценность и кратко раскрыто содержание разделов диссертации и положений, выносимых на защиту

В первой главе приведен обзор и дан анализ различных аспектов теоретических и экспериментальных исследований, выполненных отечественными и зарубежными учеными в направлении изучения самого явления и механизмов сверхпластической деформации, создания новых сверхпластичных материалов и практического использования этого эффекта в различных процессах ОМД. Важный вклад в развитие этой области ОМД внесли отечественные и зарубежные ученые- А А Бочвар, И И Новиков,

В.К Портной, Я.М Охрименко, О.М.Смирнов, М.Х Шоршоров, А.П.Гуляев, О.А Кайбышев, А.А Пресняков, В.Бэкофен, Ф Джовани, О.Шерби, Р Джонсон, Г.Корнфилд, Д Холт, Х.Шелоски, Р.Гибсон и многие др

Среди основных направлений практического использования эффекта сверхпластичности следует отметить получение профилей растяжением с движущимся относительно заготовки нагревателем, прессование, выдавливание, объемная штамповка и прокатка, термоупругая штамповка оребрен-ных деталей и другие. Особое место занимает процесс пневмоформовки изделий из листовых заготовок, когда роль формующего пуансона выполняет газовая среда определенного давления. Такой процесс позволяет исключить дорогостоящее штамповое оборудование, значительно сократить число технологических операций и многократно повысить стойкость формообразующих сменных матриц.

Ряд исследований, посвященных процессам изотермической пневмоформовки изделий в режимах сверхпластичности, выполненных О.М.Смирновым, М.А.Цепиным, ОВ.Гуком, ЕНЧумаченко, И.П.Ренне,

B.С.Горбуновым, А.С.Анищенко, С.П Яковлевым, А.М.Африкантовым

C.М.Поляковым, С.С Яковлевым, Д Холтом, У.Джонсоном, Дж Данкеном, Ф.Джовани, Ж Бодле и многими др. позволил выявить основные особенности и трудности, возникающие при реализации процессов пневмоформовки. Отмечено, что, несмотря на положительный опыт практического использования процессов пневмоформовки изделий из листовых заготовок в режимах сверхпластичности, техпроцесс формообразования требует большого количества экспериментов и корректировки полученных результатов даже на этапе отработки технологии, что напрямую связано с увеличением энергозатрат, расходом дорогостоящих материалов и потере времени на подготовку производства. Отсутствие единого научно обоснованного теоретического и экспериментального подхода к определению основных технологических параметров и их полную взаимосвязь с методами испытаний, соответствующими схеме напряженно-деформированного состояния при пневмоформовке исключает возможность быстрого и рационального решения проблемы в целом Отмечено также отсутствие единого метода оценки пригодности листовых промышленных сплавов к пневмоформовке в режимах сверхпластичности и применение рационального варианта решения технологических задач пневмоформовки методом конечных элементов.

Выполненный обзор теоретических и экспериментальных работ позволил сформулировать цель и задачи исследований.

Во второй главе представлены:

- разработанная методика определения оптимальной температуры сверхпластичности по изменению модуля упругости сплавов;

- методики определения реологических параметров механического уравнения сверхпластичного состояния, позволяющие построить теоретический анализ формообразования при пневмоформовке.

Методика определения оптимальней температуры сверхпластичности по изменению величины модуля упругости Усыновлено, что материалы в состоянии сверхпластичности являются упруговязкопластичными средами и чем весомее вклад вязкого течения, тем сильнее проявляется способность к большим устойчивым деформациям при растяжении При вязком течении активизируется диффузионная ползучесть, которая создает неравномерность в распределении вакансий по объему зерна, вызывая появление максимума внутреннего трения и снижение величины модуля упругости.

Экспериментальное определение оптимальной температуры для исследуемых сплавов выполняли на установке для автоматической регистрации величины модуля упрух ости и внутреннего трения в интервале температур от 20° до 1000° С. При этом были установлены аномалии четко выраженного минимума значений модуля упругости на температурных кривых. Испытания выполнялись на образцах из листовых заготовок размерами 150^8x1 мм. Принцип работы установки основан на возбуждении незатухающих колебаний образца, амплитуда которых поддерживалась на заданном уровне При этом величина модуля упругости пропорциональна квадрату собственной частоты колебаний образца. Сопоставляя графики зависимостей Е(5") и 5 (5°) определяли оптимальные значения температур и их интервалы для каждого материала.

В таблице 1 приведены полученные по этой методике значения оптимальных температур исследуемых сплавов.

Таблица 1

Сплав АМгЗ АМгб АМц Л63 ВТбс

9?„т°С 420° ±5 425° ±5 390° ±5 650° ±5 925° ±5

Оптимальные значения температур для каждого сплава определяли также на модернизированной испытательной машине Р-5, оборудованной высокотемпературной печью и системой контрольно-измерительной аппаратуры. Испытания проводили для каждого сплава в интервале температур, который позволял устанавливать максимально возможные степени деформации образцов, для построения графиков зависимостей полного относительного удлинения от температуры. Значения оптимальных температур, для каждого сплава определяли по положению максимумов кривых

49°).

Сопоставление результатов определения 9опт сверхпластичности для исслеуемых сплавов по изменению модуля упругости и по величине полного относительного удлинения образцов показало их достаточно высокое совпадение, однако следует отметить, что трудоемкость метода статического растяжения во много раз выше.

Методики определения реологических параметров механического уравнения состояния сверхпластичности.

В подавляющем большинстве работ, посвященных исследованиям сверхпластичности металлов и сплавов, используется механическое уравнение состояния для нелинейно-вязкого тела в виде

°U=kC, (1)

где сги и Çu - интенсивности напряжений и скоростей деформаций соответственно; m — показатель скоростного упрочнения - «коэффициент m». Поведение материала считается сверхпластичным в таком диапазоне изменения Çu, которому соответствует m > 0,3. Экспериментальные исследования показали, что не только m, но и коэффициент пропорциональности k является функцией В результате исследования характера экспериментальных кривых ¿и (сги ) для ряда материалов было установлено, что механическое уравнение состояния сверхпластичности с достаточной для практического использования в инженерных расчетах точностью в узком интервале вблизи оптимальной скорости может быть аппроксимировано полиномом третьей степени

£>«)= I Вка* (2)

ы о

и, соответственно, зависимость для коэффициента m имеет вид:

m(„ \-dlпаи

I BKv*

к=о

I **как

к=о

(3)

Для определения значений коэффициентов В% были разработаны методики, основанные на использовании способа испытания, моделирующего процесс свободной формовки купола в диапазоне изменения его относительной высоты 0,5<#<0,7.

Предварительный приближенный численный анализ, основанный на предположениях об отсутствии разнотолщинности и неизменности т, показал, что при постоянном давлении и фиксированном значении т кривые зависимостей безразмерных характеристик скорости деформации {¿и) и времени (?) от относительной высоты купола Н = Ъ/а (где к -высота купола, а - радиус матрицы) имеют вид, показанный на рисунке 1.

Как видно, в диапазоне 0,5 <Н < 0,7, независимо от значения т скорость деформации изменяется незначительно и, с достаточной точностью, может считаться постоянной. Как показали исследования, в

указанном выше диапазоне изменения Н при т > 0,3 максимальная разно-толщинность не превышает -10 ..12 %. Поэтому для того, чтобы испытания при оптимальном давлении проходили практически при постоянной скорости, все заготовки подвергались предварительной формовке до #=0,5, а процесс испытания заканчивали при Н < 0,7.

P=const

Для точного определения величины коэффициента т были разработаны две методики. Первая методика основана на использовании особенности кривой H{t), имеющей точку перегиба, ордината которой Нп, как показал анализ, связана со значением т зависимостью

1 -Нп '

(4)

Рис 1. Зависимости ¿;и(н), {t) и H(t) при свободной ПФ сферического купола из листа 1 - т= 0,25, 2 - т=0,5

а соответствующие этой точке значения интенсивности

напряжений <ги определяли с помощью зависимости

4 S0Hn

(5)

где - исходная толщина заготовки.

Полученные при различных значениях Р (4.5 значений) величины т и <ги можно использовать для определения коэффициентов В^ механического уравнения состояния (2).

Вторая методика основана на использовании полученных экспериментальных кривых Р(Н) при фиксированном времени пневмоформовки предварительно подготовленных образцов. Эти кривые также стоятся в диапазоне изменения 0,5 < Н < 0,7. Экспериментальные кривые аппроксимировали полиномами третьей степени.

Р= zАКН1

к=о

коэффициенты которых определяли по способу наименьших квадратов Как показал анализ, в этом случае справедлива зависимость

1 + Я2, 1 +я2

-1п

2Я 1+ Я2

— + 2Я + Я3 1 . Я

Р Я-Я0 1ПЯ1 + Я2_Я2+1(Я4_Я4) Я0 0 4У 0/

где р' - производная давления по Я.

Соответствующие значения сгм могут быть определены с помощью зависимости (5), если вместо значений Нп подставить значения Я, для которых определены значения р' и т.

Для определения коэффициента деформационного упрочнения к представим уравнение (1) в виде:

*и=ци-С{а- (В)

Учитывая, что

4^ (9) А 1 + Я2

и, используя зависимости (8), (9) и (5), после подстановки значений Я„ и Н'п с учетом зависимости (4), получим:

450 Н,

Г 1 4-Н*: 1 -н*

(10)

ч2я„ я;у

Результаты анализа точности определения коэффициента т по этим методикам показали, что более надежные и точные результаты получаются при использовании второй методики, хотя она более трудоемка.

На основе разработанных методик представлены результаты экспериментального определения основных характеристик сверхпластичного состояния и расчета коэффициентов ВК механического уравнения состояния.

В таблице 2 приведены значения коэффициентов В% механического уравнения состояния сверхпластичности, полученные по результатам испытаний свободной пневмоформовкой заготовок из листов толщиной 1 мм в состоянии поставки при оптимальных температурах и установлены (по условию т=0,3) минимальные и максимальные значения и сги, соответствующие границам диапазона, определяющего сверхпластичное поведение материалов.

Также были выполнены исследования с использованием методики определения £,и (аи) из опыта растяжения плоских образцов с различными скоростями деформации Значения и аи в этом случае определяли при относи ¡сльном удлинении 5%, которому практически соответствует максимум усилий растяжения

Таблица 2 Значения коэффициентов полиномов, аппроксимирующих опытные данные, предельно допустимых и оптимальных значений скоростей деформации, оптимального значения сопротивления деформации и параметра ттах (числитель - из опыта растяжения, знаменатель - из опыта пневмоформовки)

Сплав Коэффициенты полинома с де< короаь юрмации "®тах иопт МПа

д0 1<г3 -1 с г, 1<г4 с"1 Й2 Ю"5 с"1 В; 10~6 с-1 *1(Г3 с-' х10"3 С~1 х1(Г3 с4

АМгЗ -61,41 -25Ж 55,86 -18,90 1,99 4^7* 2,0 "2Д4 2,85 4.50 5,05 0,335 0330 18,9

41,40 -22,70 3,10 18,2

АМгб -7,82 -7Л5~ 2,82 1Ъ20~ -8,24 1,10 тж 1,26 "Ш 2,0 ЛО. 4,45 0,339 0335 21,0

-6,83 2,35 18,3

АМц -5,81 3,06 60уГ -0,18 0,03 57ПГ 2,15 Т35 2,25 2.40 2,65 0,311 озТТ 22,85

-41,23 -30,05 2,45 21,6

Л63 -4,51 16,18 1936" -5,84 0,71 2лТ 1,85 — 2,25 3.45 3,75 0,336 0336 21,6

-12,06 -10,34 2,4 18,6

ВТбс -20,62 24,45 11,76 -8,27 0,99 зло" 0,65 -щ 3,20 6.70 8,80 0,555 0^36 10,85

-3,55, -9,26 2,70 9,2

Сопоставление результатов испытаний приведенных в таблице 2, показало, что границы диапазона сверхпластичного состояния при растяжении смещаются в сторону больших значений скорости и несколько расширяются (больше смещается верхняя граница £и ), что, очевидно, обусловлено влиянием среднего напряжения (изменения относительной величины гидростатического давления). Это сравнение подтверждает целесообразность определения коэффициентов В% механического уравнения состояния из опытов моделирующих процесс свободной пневмоформовки.

Были выполнены так же исследования характера изменения толщины оболочки при свободной пневмоформовке. Толщину измеряли в вершине купола, на высоте 3 мм от основания и на высоте 0,45 от полной высоты купола (в восьми точках по периметру) Результаты измерений показали, что отклонения от значений, соответствующих теоретическому решению при т—0,3, для сплавов АМгЗ, АМгб, АМц, Л63 и ВТбс несущественны, фактическая разнотолщность несколько меньше.

Третья глава посвящена развитию теории процессов формообразования сложнопрофильных изделий пневмоформовкой в режиме сверхпластичности. Разработанный теоретический анализ базируется на совмест-

ном решении уравнений равновесия тонкостенной оболочки (уравнение Лапласа), механических уравнений состояния сверхпластичности, с использованием аппроксимации зависимостей %и{сги) и т(сги) степенными полиномами и уравнения текучести Леви-Мизеса при допущении, что вяз-копластическое течение происходит при отсутствии контакта поверхности заготовки с поверхностью формообразующей матрицы При этом показано, что процесс может быть условно разбит на характерные стадии Например, при пневмоформовке одноступенчатых осесимметричных деталей можно выделить три стадии: первая стадия - свободная формовка заготовки, которая завершается в момент касания вершиной купола матрицы; вторая стадия завершается в момент образования вертикальной стенки и третья стадия - оформление зоны ребра до конечной формы изделия. На рис. 2 представлен процесс формоизменения листовой заготовки на примере осесимметричной одноступенчатой детали из сплава АМгб. В верхней части рис. 2 показаны графики зависимостей (сги) и т(аи). Вертикальные штриховые линии указывают диапазон значений аи, ограничивающий область сверхпластической деформации по условию от > 0,3 и дальнейший анализ процесса выполняется в пределах указанной области.

Первая стадия.

При постоянном давлении получена зависимость аи (Н)

Так как при Н= 0 скорость деформации при любом давлении стремиться к бесконечности, то при фиксированном давлении, только начиная с некоторого значения Но, процесс пневмоформовки, как видно из рис 2, будет проходить в режиме сверхпластичности Величина же возможного изменения Н при этом давлении тем больше, чем больше давление При фиксированном давлении, как следует из зависимости (11), это изменение тем больше, чем меньше отношение а,. ¡а,.

' Ищ1П / Итау

Поэтому это отношение является основной характеристикой пригодности материала к пневмоформовке, которую необходимо определять.

(П)

где £/| - обобщенный параметр,

(12)

Рис 2 Стадии формообразования при ПФ и выбор обобщенного параметра д на каждой из них Кривые 1 - т(сги ), 2 - (аи ), 3,4 - сги {Н) - на стадии свободной ПФ, 5,6 - сти (г) - на первой и второй подстадиях II стадии, 7,8,9 и 10 - сг„ {г) на первой, второй, третьей и четвертой подстадиях III стадии ПФ

Чем меньше выбрано , тем больше при прочих равных условиях может оказаться требуемое число ступеней изменения давления на этой стадии Время формовки г на каждой ступени первой стадии определяется путем интегрирования в соответствующих пределах изменения Я дифференциальной зависимости

Л =--(13)

^ I ВК 2Я ¿о *

Ч\

4 Я

Вторая стадия.

При постоянном давлении получена зависимость <ти от среднего радиуса кривизны г в меридиальном сечении

_ Ф(п) д

СГ„ =—7-^—7-4 92'

" ФШгГ'

где:

Ф(Г) = -Э-[1,155-0,15&72(П)]

1 + 0,

Л2

42 И =

\\ 1,33 -0,33772 (г)

42ГЙ

+ 1

г0 2а-^2гА-А2

(14)

(15)

(16)

Л1

0,5 +

а 2п

агевш

А г а V А J

8 — А

0,5-

а 2 г

агевт

А V А

(17)

Ц =-

а2+А2

2А

(18)

(л2 + а2?р __ 92 = - ' — обобщенный параметр

25дАа Ф(г|)

(19)

Как видно из рисунка 2, если максимальное значение параметра <72 выбрать равным <ти , то можно получить в режиме сверхпластичности

максимально возможное изменение радиуса. Здесь также число ступеней изменения давления зависит от отношения а,. /ст.,

ишт / "тах

С тем, чтобы получить минимальное число ступеней, необходимо по достижению нижней границы си увеличить давление в соотношении

1°и тах

На рисунке 3 приведена номограмма, позволяющая определять по соотношению [а,. /а,. )" значения отношения г1п на каждой

^ "шш / "тах > ' 1

ступени, где п - соответствует порядковому номеру ступени.

О =

ол 0,2 о;з 0,4 0,5 о;в оу

Рис 3 Номограмма для определения числа подстадий II стадии ПФ Горизонтальные сплошные прямые соответствуют фиксированным значениям сг " , а штриховые фиксированным значениям для сплава АМгб

Время формовки на каждой ступени второй стадии определяется путем интегрирования, в соответствующих пределах изменения г, дифференциальной зависимости

_ [1,55 - 0,155у2

£ В К

к=о

<р{г)ф{г)

Третья стадия.

При постоянном давлении получена зависимость аи от среднего радиуса кривизны в меридиальном сечении

W{h)( г

1 -А

где

1 + 0.573 И.

mir)

\у 1)33 -0,33^3 (г)

щ{г) = — =

r0 4ïa - г

4-я

(21) (22)

и при вертикальной стенке детали коэффициент А =-= 0,273

и обобщенный параметр

q з=-

^(Ь) Р 50а2<р{г2)\1/{к) Так же как и на второй стадии, на третьей минимальное число ступеней изменения давления получим, если по достижении нижней границы о,. увеличить давление в соотношении а,. ¡<у,.

"ига "шт / "тах

На рис. 4 приведена номограмма, позволяющая определять значения г/г2 на каждой ступени третьей стадии.

h(h2+a2)

(23)

5 — °"спт

•'«amк ° "*

"о/ГТйг 0,3 (>¡4 o!s "Ж 0> |

Рис 4 Номограмма для определения числа подстадий III стадии ПФ Горизонтальные сплошные прямые соответствуют фиксированным значениям crjJJ, а штриховые -фиксированным значениям <Tq для сплава АМгб

Время формовки на каждой ступени третьей стадии определяется путем интегрирования в соответствующих пределах изменения г дифференциальной зависимости

Л = 4,155 - 0,1557/3 (г

' I вк

к=о

Аг) и

1 -А

На рис 5 приведена программа управления изменением давления по времени при формовке детали, размеры которой даны на рис. 3.

Р(МПа) г

Рис 5 Программа управления давлением при пневмоформовке детали

Общее время формовки может быть сокращено и, соответственно, получено увеличение производительности процесса, если на каждой подстадии, соответствующей ступени изменения давления, процесс формовки заканчивать при значении аи большем, чем <?итп • В этом

случае однако, число ступеней изменения давления будет больше (это приводит к незначительному усложнению установки).

Аналогично построен теоретический анализ формоизменения для осесимметричных оболочек со ступенчатым изменением диаметра, который выполнен на примере расчета двухступенчатого изделия из сплава ВТбс. Отличие состоит в том, что процесс формоизменения происходит одновременно как в первой, так и во второй ступенях детали, при этом число стадий оказывается больше, так как формообразование на соответствующих стадиях в первой и второй ступенях детали завершается неодновременно, и изменение давления по ступеням должно быть согласованно с началом и окончанием этих стадий для обеих частей детали.

Четвертая глава посвящена разработке варианта моделирования процессов пневмоформовки в режиме сверхпластичности с использованием метода конечных элементов.

При построении численных решений формулируется замкнутая система уравнений, включающая в себя:

соотношения связи скоростей деформаций и скоростей перемещений V, условие несжимаемости

£/=0; (26) определяющие уравнения в форме соотношений Сен-венана - Леви-Мизеса

^=(2/3)(#„/сти>„, (27)

где Яу - компоненты девиатора напряжений.

Уравнение состояния материала, деформируемого в условиях сверхпластичности, в виде

с"» = аи (.¿и .4). либо аи = схи ) (28)

где £и интенсивность деформаций.

Используются граничные условия смешанного типа

у,- = V* на ; (29)

на (30)

* - г*

где V, - заданные скорости перемещении, /г- - заданные поверхностные

напряжения, - участки поверхности тела 5.

Решение сформулированной выше задачи эквивалентно исследованию на экстремум функционала полной мощности, представленного в следующем виде:

+ ¡/^Л, (31)

V V

где а . большая положительная константа. В этом случае второй член в выражении (31) играет роль стабилизирующего члена по методу штрафных функций.

На принятый функционал (31) может бьпь распространена теорема о минимальных свойствах действительного поля скоростей.

При построении разрешающей системы алгебраических уравнений выражения (25)-(27) совместно с выражением для ¿;и, записанные в матричной форме, подставляются в (31). Процедура минимизации по компонентам скоростей перемещений в узлах конечных элементов приводит к системе нелинейных алгебраических уравнений вида

где

[к] = (2 /3) \аи [Кэл (2/3){у}Г[Кэл +2а \{в]Г {с})({с}Г [В^1У ;(33) V V

[*«] = №№]■ (34)

С целью линеаризации полученных уравнений на каждом шаге расчета первый член в (33) заменяется выражением

[Кж} = (2/3) ■ [аи \_х) \{КЭЛ \1У, (35)

где индексом ?-1 помечены значения постоянной сдвиговой вязкости, взятые с предыдущего шага расчета при поэтапном решении задачи.

После соответствующих преобразований получим разрешающую систему линейных алгебраических уравнений в следующей записи:

ММ={5}, (36)

где

Р=\3Р

ЬЫКИП кН.Г Ы-Им[*

1-1

Р - число элементов, к сторонам которых приложена поверхностная нагрузка

Для рассматриваемой нестационарной задачи ее решение производится пошаговым методом Величина шага по времени выбирается так, чтобы деформации были малыми Получив результат на первом шаге расчета, будем иметь начальные условия для решения задачи на следующем расчетном шаге и т.д.

В соответствии с изложенным подходом для осесимметричной задачи был разработан алгоритм решения и программный комплекс, включающий в себя необходимые компоненты конечноэлементной дискредитации заготовки: автоматизированную подготовку данных, в том числе, разбиение области решения задачи на конечные элементы, расчетный модуль и модуль автоматизированной обработки и графической визуализации результатов вычислений.

При решении задачи моделирования процессов пневмоформовки должно выполняться условие сверхпластичности, в форме

< £,сп < • При расчетах на компьютере на каждом шаге производится отслеживание выполнения этого условия, вследствие чего происходит формирование программы управления процессом формообразования.

Адекватность разработанной модели пневмоформовки подтверждена при сопоставлении результатов численных расчетов с результатами решения задачи формоизменения полусферы аналитическим методом, описанным в главе 3, формой полусферы, полученной экспериментально при свободной выдувке а также сравнением геометрических параметров оболочек при пневмоформовке в матрицу одноступенчатой и двухступенчатой формы, полученными на экспериментальном оборудовании в условиях сверхпластичности и рассчитанных аналитическим методом.

В пятой главе представлены результаты исследования и численного анализа ряда процессов формообразования изделий различной формы в режиме сверхпластичности, полученные с применением разработанной математической модели и расчетно-экспериментальных методик. Исследования проводились по нескольким направлениям:

- построение программы управления процессом сверхпластической деформации для формовки изделия заданной формы из листовой заготовки с заданными исходными геометрическими параметрами;

- разработка рекомендаций по управлению деформацией в локальных зонах заготовки в процессе пневмоформовки с целью получения изделия с заданными характеристиками разнотолщинности стенок;

- применение комбинированной формовки путем чередования воздействия на заготовку жестким и газовым пуансонами с целью обеспечения затормаживания деформации в заданной зоне для управления процессом формирования разнотолщинности.

Решение указанных задач выполнялось с использованием результатов, приведенных в четвертой главе.

На рис. 6, 7 и 8 приведены результаты решения задачи для пневмоформовки листовой заготовки в матрицу круглой формы. Режимы управления давлением для данного процесса, рассчитанные аналитическим методом и методом конечных элементов достаточно близко совпадают (рис. 8). Максимальное расхождение значений для толщины стенки у экспериментальных и расчетных оболочек в одних и тех же точках не превысило 6 %, а отличие величины радиуса скругления ребра заготовки в угловой части матрицы, полученное в эксперименте и в результате расчета составило ~5 %.

Разработанная методика моделирования, в совокупности с соответствующими программными модулями для типовых элементарных форм, позволяет рассчитать программу управления процессом пневмоформовки в режиме сверхпластичности изделий достаточно сложной формы.

Рис 6 Осесимметричная одноступенчатая деталь, полученная экспериментально пневмоформовкой в матрицу в режиме сверхпластичности (сплав АМгб)

Рис 7 Стадии формоизменения (расчет по МКЭ)' 1 - заготовка в исходном состоянии, 2 - 57,5 сек деформирования, 3 - 229,3 сек , 4-517 сек (конечная форма детали)

МПа

1.2 1

о *

О,в 0,4 0.2 0

..г-!

_ 2

1 1

При этом моделирование процесса пневмоформовки можно выполнять таким образом, чтобы условие < < £™ах соблюдалось

100

200

300

400 500 сек I

интегрально во всем объеме заготовки, либо более жестко в локальных критичных зонах.

Программа управления режимом давления газовой среды при реализации условия сверхпластичности в приведенном выше виде имеет ступенчатый характер, что делает возможным ее техническую реализацию с помощью комплекта ресиверов, каждый из которых заряжен до определенного давления, и коммутирующего устройст ва.

Проведенные расчеты для типовых конструкционных материалов (алюминиевые сплавы АМГЗ, АМГ6, АМц, латунный - Л63 и титановый ВТбс) показали, что пневмоформовку в условиях сверхпластичности изделий различной конфигурации можно осуществлять при невысоких значениях давления газовой среды, что значительно упрощает технологическую подготовку в условиях реального производства

На рис 9, 10 и 11 приведены стадии формообразования оболочки заданной формы, программа управления пневмоформовкой и изделие полученное по расчетной программе.

Рис. 8. Программа управления пневмоформовкой одноступенчатой детали: 1 - получена расчетным путем с применением аналитического метода; 2 - получена в результате расчета по методике с использованием МКЭ

Рис 9 Стадии формоизменения в матрице заданной формы

100 150 200 250 300 380 400 сек I

Рис 10 Программа управления пнев-моформовкой (1 - получена аналитическим методом; 2 - по методике с использованием МКЭ)

По результатам расчетов возможен также прогноз геометрических параметров получаемого полуфабриката, в том числе и изменение толщины стенки в любом месте изделия по отношению к первоначальному ее значению в заготовке.

Во второй части исследований решается задача управления процессом формирования заданной разно-толщинности изделия за счет применения элементов, тормозящих деформацию заготовки в определенных зонах. На рис. 12 ..14 приведены принципиальная схема процесса и результаты расчета пнсвмоформовки заготовки сферической формы с применением тормозящего элемента.

Ш.

Рис 11 Изделие, полученное пнев-моформовкой по расчетной программе (сплав АМг 3)

Гр

Гр ^

Рис. 12. Схемы переходов при формовке с торможением

Рис 13. Расчетная схема процесса ПФ круглой заготовки с отметкой точек, в которых отслеживалось изменение толщины стенки

При деформировании с торможением характер распределения относительной толщины вдоль меридионального сечения оболочки существенно отличается и зависит от величины времени торможения. Величина радиальной деформации в вершине купола с применением торможения со-

ставила 6,8 % , при свободной пневмоформовке - 28,1 % Таким образом, применение тормозящих элементов при формовке листовых заготовок в режиме сверхпластичности позволяет управлять процессом утонения стенок изделия Регулируя продолжительность времени торможения и выбирая область торможения можно управлять процессом формирования раз-нотолщинности в соответствии с заданными требованиями.

Рис 14. Формоизменение заготовки на различных стадиях деформирования 1 - исходная заготовка, 2 - в момент касания тормозящей пробки (¿=3,5 сек), 3 - в момент окончания торможения (/=90 сек), 4, 5 - промежуточные стадии после окончания торможения (/=95 и 105 сек); 6 - окончательная форма заготовки (/=120 сек)

Шестая глава посвящена развитию технологии изотермической пневмоформовки сложнопрофильных оболочек. Предложены технологические решения, заключающиеся в создании комплекса универсальной оснастки, позволяющей оперативно осуществлять изменение номенклатуры изделий при сохранении структур технологических процессов. Разработаны схемы построения типовых технологичских процессов и рекомендации по пневмоформовке изделий специального назначения, в режимах сверхпластичности, внедренные автором в производство на различных предприятиях. Схема построения типового технологического процесса представлена на рис. 15.

Технологический процесс включает следующие основные переходы:

1. Предварительный контроль материала с целью определения (или уточнения) оптимальной температуры сверхпластичности. Учитывая, что различные партии листового проката, поступающие на промышленные предприятия, отличаются содержанием легирующих добавок, необходимо произвести проверку материала на пригодность к пневмоформовке Эти испытания надежнее проводить по второй методике, представленной во второй главе.

2. Подготовка материала, включающая раскрой листов на заготовки необходимых размеров, очистку поверхности, например, в ультразвуковой ванне с эмульсией для обезжиривания и, при необходимости, предварительный подогрев заготовки в муфельных печах для сплавов с высокой температурой сверхпластичности, что позволяет уменьшить общую длительность процесса.

3. Пневмоформовка содержит укладку заготовки на формообразующую матрицу, герметизацию по контуру (по периметру) прижимной крышкой, выдержку порядка 30 . 120 сек для выравнивания температуры по объему заготовки и подача газа на заготовку по программе, заранее рассчитанной для каждой партии изделий одного наименования и конкретного материала.

в & ь а ё 5: Наименование Схема Параметры Примеч

1 Контроль материала соатб ГОСТ

2 Очистка материала ..... ЭЙМ

3 Резка эаготобок ЖВЯШВЯЯЬ г

1. Нагреб штампа индивидуальный встроенными э/нагреботелями Темпер СП сплаба 1 раз перед началом смены

5 Укладко зоготобки 6 штамп |

1 ! ^

6 Прижим зоготобки по периметру

I г/Г/М/-///,

^ 1 "К

1 Пнебмоформо&ка Я» Р = 01 2.0 МПа орган угл газ, азот

7 Сброс Зобления извлечение изделия < 1

6 Обрезка фланца з _р| б абрезн штампах

1 9 Контроль детали соответствие ТУ чертежа

Рис 15 Схема технологического процесса изготовления изделий пневмоформовкой в режиме сверхпластичности

На рис 16 представлена группа изделий различной номенклатуры, из исследованных конструкционных сплавов, полученная с использованием

результатов выполненной работы при производственном внедрении на предприятиях машиностроения.

Рис 16 Изделия ответственного назначения, полученные пневмоформовкой в режиме сверхпластичности по новой технологии

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

В диссертационной работе решена актуальная научно-техническая и технологическая проблема, имеющая важное народнохозяйственное значение в области перспективных направлений изготовления ответственных изделий машиностроения и авиастроения, состоящая в развитии теории и технологии формоизменения листовых заготовок в режимах сверхпластичности из труднодеформируемых конструкционных сплавов в состоянии поставки давлением газовой среды, с использованием сменных формообразующих матриц и в создании новых технологических процессов изготовления сложных изделий, обеспечивающих экономию энергоресурсов и основных материалов при повышении качества продукции, снижении трудоемкости и сокращении сроков подготовки производства.

1. Разработаны методики экспериментальных исследований листовых промышленных сплавов по схеме, соответствующей напряженно-

деформированному состоянию при пневмоформовке в режиме сверхпластичности Предложены методы определения количественных значений параметров механического уравнения состояния, используемого для описания сверхпластичного поведения материалов при двухосном растяжении, моделирующим свободную пневмоформовку сферы и построены реологические зависимости *(£,)> с(сг„). Установлены аналитические зависимости, аппроксимирующие механические уравнения состояния исследуемых сплавов степенными полиномами, удовлетворяющими условию т > 0,3 на границах допустимого диапазона изменения скорости деформации в оптимальном режиме сверхпластичности.

2. Предложены экспериментальные методы оценки пригодности листовых сплавов в состоянии поставки к пневмоформовке в режиме сверхпластичности, на основании которых определены:

- значения интенсивности напряжений, соответствующих верхней допустимой границе скорости деформации в режиме сверхпластичности, определяющих величину необходимого давления формовки;

- средняя скорость деформации для допустимого диапазона ее изменения, характеризующая производительность процесса пневмоформовки;

- отношение значений интенсивности напряжений (минимального к максимальному) в диапазоне т >0,3, определяющее число ступеней изменения рабочего давления при пневмоформовке, которое тем больше, чем ближе это отношение к единице.

3. Разработан метод теоретического анализа для расчета технологических параметров пневмоформовки в режиме сверхпластичности, позволяющий поэтапно проанализировать основные стадии процесса формоизменения листовой заготовки и определить необходимое число ступеней изменения давления в зависимости от конечной конфигурации изделия Метод позволяет рассчитать программу управления давлением газа по времени в процессе пневмоформовки на каждой стадии формообразования и построить технологические номограммы. При этом в условиях технологического отдела машиностроительного предприятия можно для заданной величины (ситш /°итах У определять значения радиуса г/г, на каждой ступени формовки оболочки до получения конечной формы готового изделия.

4. На базе основных соотношений механики деформируемого твердого тела, модели вязкопластического материала, вариационных принципов теории пластичности и техники метода конечных элементов разработан эффективный машинно-ориентированный метод анализа процессов пневмоформовки в режиме сверхпластичности сплавов для процессов реализующихся в условиях осесимметричных схем деформации, а

также математические конечноэлементные модели следующих процессов формообразования:

- свободная пневмоформовка круглых листовых заготовок, с оценкой формирования разнотолщинности сферических оболочек по сечению;

- формовка в матрицу заданной формы с расчетом программы управления давлением, обеспечивающей условия сверхпластического деформирования на протяжении всего процесса формообразования сложнопро-фильных оболочек;

- пневмомеханическая формовка листовых заготовок в режиме сверхпластической деформации, с управлением разнотолщинностью изделий по сечению.

Сопоставление результатов математического моделирования с данными экспериментальных исследований, а также с результатами, полученными аналитическими методами, показало, что разработанные конечноэлементные модели адекватно описывают процессы формоизменения заготовок для характерных стадий пневмоформовки.

5 Спроектированы и изготовлены экспериментальные и промышленные установки, специализированная пневмосистема, универсальные оснастка и инструмент для пневмоформовки, применительно к условиям серийного производства промышленного предприятия.

6. Проведена отработка технологических процессов пневмоформовки изделий различной конфшурации и подтверждены с достаточной точностью результаты экспериментально-теоретических исследований.

7. Внедрены технологические процессы пневмоформовки изготовления различных изделий машиностроения на предприятиях: Тульский машиностроительный завод им. Рябикова, Каспийский завод «Дагдизель», Рязанское производственное объединение «Красное знамя», Тульское научно-производственное предприятие «Вулкан». Полученные в работе результаты и основные рекомендации по разработке типовых технологических процессов и конструированию специальной оснастки для пневмоформовки изделий использованы так же на промышленных предприятиях ОАО «ТНИТИ», ОАО АК «Туламашзавод», ОАО «Ротор».

8. Разработанные теоретические положения, методики исследований, математические модели и экспериментально-теоретические результаты, полученные при выполнении работы, используются в планах лекционных курсов, а так же при подготовке магистров и специалистов высшей квалификации в Тульском государственном университете.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОТРАЖЕНО В ПУБЛИКАЦИЯХ

I Панченко Е.В , Селедкин Е.М. Пневмоформовка листовых заготовок в режиме сверхпластичности. - Тула: изд-во ТулГУ, 2004. - 304 с.

2. Шоршоров М.Х., Гвоздев А.Е, Селедкин Е.М., Панченко ЕВ. и др. Разработка ресурсосберегающих технологий на основе оптимизации структуры и свойств материалов. - Тула: изд-во ТулГУ, 2000. - 221с.

3. Судник В А., Панченко Е.В., Горбунов B.C. Комплексное исследование, разработка и внедрение типовых технологических процессов пневмоформовки деталей из листовых заготовок в условиях сверхпластичности. Изд-во ЦНИИ информации и технико-экономических исследований - Москва. - 1977. - 105 с

4. Панченко Е В. Определение параметров процесса пневмоформовки изделий в режиме сверхпластичности // Металлы. - №4. - РАН, «Наука», Москва.-1996 -С. 57...61.

5 Панченко Е В Графическое определение коэффициента скоростного упрочнения при пневмоформовке деталей из листовых заготовок в режиме сверхпластичности. // Вопросы оборонной техники. НТС. - Сер. 13. - Вып. 1-2 -Москва, 1996.-С. 34...35.

6. Панченко Е.В. Пневмосистема для автоматизации управления формовкой изделий из листовых заготовок. // Сб. научных трудов МНК «Автоматизация. проблемы, идеи, решения». Тула: изд-во ТулГУ. - 2004. - С. 52. ..54.

7. Панченко Е.В. Установка для исследования влияния ультразвуковых колебаний на процесс вакуумформовки деталей из листовых заготовок в состоянии сверхпластичности В кн. «Труды преподавателей и слушателей университета научно-технических знаний» - Вып.25 Обработка металлов давлением. - Тула, ТПИ. - 1974. - С. 91 94

8 Панченко Е.В. Методика и результаты исследования влияния ультразвука на процесс растяжения сплавов в состоянии сверхпластичности. В кн «Труды преподавателей и слушателей университета научно-технических знаний». Вып29 Обработка металлов давлением - Тула, ТПИ. - 1974. -С 84...89.

9. Панченко Е.В. Экспериментальное определение параметров тик механического уравнения состояния материалов при пневмоформовке в режиме сверхпластичности. В кн. «Исследования в области пластичности и обработки металлов давлением». - Тула, ТПИ. - 1977. С. 120... 132.

10. Панченко Е В. Определение основных параметров пневмоформовки листовых заготовок в режиме сверхпластичности. И Исследования в области теории, технологии и оборудования штамповочного производства - Тула, ТулГУ - 1995 - С. 163...167.

II Панченко Е.В. Расчет технологических параметров и программы управления пневмоформовкой деталей // Сб научных трудов МНТК «Современные проблемы и методология проектирования, и производства силовых передач». - Тула, ТулГУ - 2000 - С 116. 120.

12 Панченко ЕВ. Исследование характера формоизменения при пневмоформовке в состоянии сверхпластичности и разработка инженерных

методов расчета технологического процесса получения типовых деталей Техн. информ по контракту В'ГП «Теско», Венгрия, 1982, 290 с.

13 Панченко Е В., Ренне И.П. Определение технологических параметров пневмоформовки деталей в условиях сверхпластичности. // Кузнечно-штамповочное производство - №12. - Москва, 1978. - С. 15. 17.

14 Ренне И.П, Панченко Е В Определение параметров уравнения сверхпластичного состояния листовых материалов из опыта на двухосное растяжение //Проблемы прочности №8 - Киев - 1978 - С. 31 .35

15. Панченко ЕВ., Юрченко ДА. Особенности изотермического формования изделий из листовых сплавов // Автоматизация и современные технологии. - №12. - Москва. - 1998. - С. 6...9.

16. Панченко Е В., Арнаутова С.С. Пневмостатическая формовка деталей из листа сплава АМгб в состоянии сверхпластичности. В кн. «Исследования в области пластичности и обработки металлов давлением» Вып.2. - Тула: ТПИ. -

1974. - С. 122.. 126.

17. Панченко Е.В., Ренне И.П Расчет давления формующей среды и времени формовки деталей в режиме сверхпластичности. // Вестник машиностроения. - №5. - Москва. - 1980. С. 66 .70.

18. Панченко Е В , Соколов М.Д Применение методов пневмо-вакуумной формовки при получении деталей из листовых заготовок сплавов АМгЗ и АМгб в условиях сверхпластичности В сб тезисов докладов Всесоюзной НТК «Новое в КШП», г. Запорожье, 1975, с. 31. ..32.

19. Охрименко Я М., Панченко Е. В., Соколов М. Д. Исследование влияния ультразвука на процесс статического растяжения сплава АМгб в режиме сверхпластичности В кн. Технология машиностроения Вып 38 - ТПИ, Тула. -

1975.-С. 111...117.

20. Судник В.А., Панченко Е.В. О вкладе диффузионной ползучести в эффект сверхпластичности для сплава АМгб. // Физика металлов и металловедение. АН СССР. -Том 41. -Вып.5. - 1976 -С. 1111...1112.

21. Панченко Е.В, I орбунов В.С. Установка для пневмовибраиионной формовки деталей в режиме сверхпластичности. Информ. № 76-0749 ВНИИ межотраслевой информации, Москва 1976 г, с 3. .5.

22 Панченко Е.В , Ренне И П Использование эффекта сверхпластичности для получения полых изделий из труднодеформируемых сплавов пневмостатической формовкой. В сб. докл НТК «Качество и эффективность при листовой и объёмной штамповке» МДНТП им Дзержинского, Москва, 1977г, с 101. .105

23. Ренне И.П, Горбунов В.С., Панченко ЕВ Пневмостатическая формовка сплава АМгб в режиме сверхпластичности // Технология легких сплавов. - №8. - ВИЛС, Москва. - 1979 - С 30 37.

24 Панченко Е В , Горбунов В.С , Вальтер А.И Матрица для прессования // Машиностроитель - №12. - М Машиностроение. - 1983 - С. 29.

25. Панченко Е.В., Горбунов В С. Установка для пневмоформовки полых изделий в условиях сверхпластичности. Информ № 131-81 МТЦ, научно-технической информации, Москв " г

26 Панченко Е.В., Горбунов В.С, Вальтер А И. Пневмостатическая формовка деталей с подогревом. // Машиностроитель. - № . - М: Машиностроение,-1984.-С. 30.

27 Панченко Е.В., Горбунов B.C., Вальтер А И Пневмовибрационная формовка деталей // Машиностроитель - №2. - М: Машиностроение. - 1984 -С 27.

28. Панченко Е.В, Фатеев В И. Расчёт изменения радиуса при газостатической формовке углов коробчатых деталей. // Исследования в области теории, технологии и оборудования штамповочного производства. - Тула, ТулГУ. - 1996 -С 115. .118.

29. Яковлев С.С., Чупраков ДА., Панченко Е.В., Соболев Я.А. Теория и технология изотермической штамповки элементов панелей радиаторов из анизотропного материала. // Теория, технология оборудование и автоматизация обработки металлов давлением и резанием. - Вып.2 - Тула, ТулГУ. - 1999. - С. 147...157.

30. Яковлев С.С., Чупраков Д.А., Панченко ЕВ., Соболев Я А Изотермическая пневмоформовка трехслойных листовых конструкций // Сб докл. Международной конференции «Ресурсосберегающие технологии, оборудование и автоматизация штамповочного производства». - Тула, ТулГУ. -1999.-С. 133 ..134.

31 Фатеев В.И , Панченко Е В , Кисурина H А Исследование величины и характера распределения остаточных напряжений в осесимметричных деталях, работающих в условиях термического нагружения II Сб научных трудов МНТК «Современные проблемы и методология проектирования и производства силовых передач». Тула: изд-во ТулГУ. - 2000. - С. 97...99

32. Яковлев С.С., Чупраков Д.А., Панченко Е В., Соболев Я.А. Формирование элементов конструкций с длинными прямоугольными каналами в режиме ползучести // Механика деформируемого твёрдого тела и обработка металлов давлением - Тула: изд-во ТулГУ. - 2001. - Часть 2. - С. 77...86.

33. Селедкин Е.М., Панченко Е В. Исследование процессов пневмоформовки листовых заготовок методом конечных элементов // Изв ТулГУ. Сер. Машиностроение. - Вып. 7. - Тула, ТулГУ - 2002 - С. 112-] 19.

34. Панченко Е В., Селедкин Е.М. Управление процессом пневмостатической формовки заготовок на основе математического и компьютерного моделирования // Сб научных трудов МНК «Автоматизация: проблемы, идеи, решения» Тула'изд-во ТулГУ -2002.-С 153. 155.

35 Панченко Е.В., Селедкин Е.М. Особенности технологии пневмостатической формовки полых изделий из листовых заготовок // Сб. научных трудов МНК «Автоматизация, проблемы, идеи, решения». Тула: изд-во ТулГУ -2002.-С. 175...176.

36. Селедкин Е.М., Панченко Е.В., Зотов A.C. Управление утонением стенок при газостатической формовке деталей из листа // Изв. ТулГУ. Сер. Механика деформируемого твердого тела и обработка металлов давлением -Вып 1,-Тула,ТулГУ. -2003. -С 143-147

37. Селедкин Е.М., Панченко Е.В , Зотов A.C. Математическая модель процесса пневмоформовки листовых заготовок // Изв ТулГУ. Сер. Механика

деформируемого твердого тела и обработка металлов давлением. - Вып. 2 -Тула, ТулГУ -2003 - С 12-19.

38. Яковлев С С, Чупраков Д А., Панченко Е.В., Соболев Я.А. Изотермическое формоизменение трехслойных листовых конструкций. // Сб. научных трудов «Механика деформируемого твердого тела и обработка металлов давлением» Часть 1 - Тула, ТулГУ. - 2002. - С. 295...304.

39 Панченко Е.В., Селедкин Е.М. Моделирование процесса пневмостатической формовки листовых заготовок в матрице // Механика деформируемого твердого тела и обработка металлов давлением. - Часть 2. -Тула, ТулГУ -2003.-С. 153. .159.

40. Панченко Е.В., Селедкин Е М. Влияние скоростного упрочнения на изменение толщины изделий при пневмоформовке // Механика деформируемого твердого тела и обработка металлов давлением. - Часть 2. - Тула, ТулГУ. - 2003. -

41. Панченко ЕВ., Селедкин СЕ. Моделирование процесса пневмофор-мовки корпусных деталей // Труды ХХХШ Уральского семинара «Технологии и машины обработки давлением», Екатеринбург. - 2003. - С. 185.. 187.

42. Панченко Е.В., Селедкин С.Е. Математическое моделирование процесса пневмомеханической штамповки сферической заготовки // Изв ТулГУ. Сер. Механика деформируемого твердого тела и обработка металлов давлением. - Вып. 3. - Тула, ТулГУ. - 2004. - С. 63-69.

43. Панченко Е.В., Селедкин С.Е. Оптимизация распределения разнотол-щинности стенок при штамповке сферической заготовки // Изв. ТулГУ. Сер. Механика деформируемого твердого тела и обработка металлов давлением. -Вып. 3. - Тула, ТулГУ. - 2004. - С. 69-73.

44 Панченко Е В. и др. Инструмент для работы при высоком давлении А С. №531587. Опубл 15.10.76, БИ №38, 1976г.

45. Панченко Е.В и др. Матрица для штамповки листовых материалов. А. С. №582032 Опубл 30.11.77, БИ №44, 1977г.

46. Панченко Е.В. и др. Способ смазки матрицы графитом при помощи ультразвука. А С. №557229, опубл. 05.05.77, БИ №17, 1977г

47. Панченко Е.В. и др. Устройство для гидро- и пневмоформовки. А С. №614856, опубл 15.07.78, БИ№18,1978г.

И i i лиц JIP № 020300 О! 12 02 9~> Пошисано » исч.п\,2ВС9С!> Форма! 5\ мш и 60\841 К\ мага офсетная \<с -■'•■ ■ ■■'•• • <2

1\ 1Ы.КШ1 пил lapciBChiiuîi \инверсии.. 300600 I h Kl пр Ленина (Р

( )l IIC4J1 .111(1 Ii 11 i.Ulie II.L I Hl I \ H.LivOi l> HKS «PLI «LHНОШ \ HHKLi'Llt ,L '

300600 i l\ ы \ i bo ! um i

C.82.. 86.

«16447

РНБ Русский фонд

2006-4 12859

Оглавление автор диссертации — доктора технических наук Панченко, Евгений Васильевич

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ ТЕОРИИ И ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ СПЛАВОВ В РЕЖИМАХ СВЕРХПЛАСТИЧНСТИ.

1.1 Особенности поведения материалов при сверхпластическом деформировании

1.2 Температурно-структурные условия, определяющие сверхпластичное поведение материалов.

1.2.1. Температурные условия сверхпластичности сплавов.

1.2.2. Скоростные условия сверхпластичности сплавов. 1.3. Механические уравнения состояния, описывающие сверхпластичное поведение материала.

1.4. Экспериментальное определение параметра т и зависимостей

1.5. Опыт промышленного использования пневмоформовки изделий в режиме сверхпластичности и проблемы при ее реализации.

Введение 2005 год, диссертация по обработке конструкционных материалов в машиностроении, Панченко, Евгений Васильевич

Развитие современного машиностроения в значительной мере зависит от эффективной разработки и внедрения новых технологических процессов, обеспечивающих снижение энергозатрат, экономию материальных ресурсов при повышении производительности труда и качества получаемых изделий. Ряд отраслей народного хозяйства, решающих задачи обработки давлением труднодеформируемых промышленных сплавов, сталкивается с проблемой повышения деформационной способности конструкционных материалов в состоянии поставки, особенно при получении изделий сложных геометрических форм из листовых заготовок в условиях мелкосерийного и единичного производства.

Проблемы глубокой вытяжки изделий с утонением стенки связаны со сложностью изготовления и высокой стоимостью инструмента и оснастки для штамповки, а стойкость пуансонов при этом невысока. Многопе-реходность штамповки обуславливает необходимость использования большого количества промежуточной оснастки, поэтапная смена которой приводит к увеличению длительности процесса изготовления изделий, к износу инструмента и, как следствие, снижению качества готовой продукции. Необходимость применения промежуточных отжигов при выполнении глубокой вытяжки требует дополнительного оборудования и увеличивает общие энергозатраты.

Устранить эти недостатки можно при использовании процессов пневмоформовки и пневмомеханической формовки листовых заготовок в режиме сверхпластичности. Получение высокоточных корпусных изделий, куполообразных оболочек, элементов защитных и несущих конструкций авиакосмической техники требует создания новых способов экспериментальных исследований, точно соответствующих схеме напряженного состояния при пневмоформовке и научно-обоснованных методов расчета технологических параметров процессов формообразования изделий в режиме сверхпластичности, а также создания программ автоматизированного управления этими параметрами при реализации технологических процессов. Решение задач изготовления полых изделий сложных геометрических форм за одну основную технологическую операцию требует создания адекватных математических моделей формоизменения в режиме сверхпластичности и разработки рационального варианта оценки деформационных возможностей с помощью компьютерного моделирования на базе современных машинно-ориентированных численных методов и компьютерных информационных технологий.

В работе поставлена проблема разработки единого подхода к комплексному анализу процессов формоизменения листовых заготовок при пневмоформовке в режимах сверхпластичности, решение которой позволит существенно интенсифицировать и расширить возможности технологических процессов изготовления сложных и высокоточных изделий при снижении их общей себестоимости и повышении качества. В этой комплексной проблеме также является актуальной оценка пригодности любых листовых материалов в состоянии поставки к пневмоформовке в режиме сверхпластичности, с использованием отношения минимального к максимальному значению интенсивности напряжений, соответствующих допустимым границам изменения скорости деформации, непосредственно выраженное через давление газовой среды на заготовку в определенные моменты времени.

Работа, посвящённая решению указанной проблемы, выполнена в базовой лаборатории кафедры "Технология металлов" и кафедры "Механика пластического формоизменения" Тульского государственного университета. Отдельные разделы работы выполнялись в соответствии с координационным планом АН СССР и в соответствии с постановлением Государственного комитета по науке и технике по планам госбюджетных и хоздоговорных работ с предприятиями машиностроения, а так же в рамках гранта Президента РФ для поддержки ведущих научных школ № НШ-1456.2003.8 по направлению «Механика формоизменения ортотропных и изотропных упрочняющихся материалов при различных температурах и скоростях деформирования».

Методы исследования:

Достоверность результатов обеспечена корректностью постановки задач исследований, применением известных математических методов их решения, с обоснованным использованием необходимых допущений при получении теоретических зависимостей и подтверждается согласованием результатов теоретического анализа и математического моделирования процессов формоизменения с результатами экспериментов и практической реализации результатов работы в опытном и промышленном производстве реальных изделий.

Автор защищает.

3. Вариант метода конечноэлементного анализа процессов пневмо-формовки и пневмомеханической формовки в режиме сверхпластичности с учетом контактного взаимодействия оболочки с формообразующей матрицей и полученные на его основе результаты компьютерного моделирования ряда технологических процессов, выполненных с применением разработанных методик управления разнотолщинностью стенок изделий, с использованием тормозящих элементов и реверсивной пневмомеханической формовки.

4. Конструкции устройств, инструмента и оснастки для процессов пневмоформовки в режиме сверхпластичности, признанных изобретениями и рекомендации по проектированию типовых технологий изготовления высокоточных деталей, а также результаты опытных испытаний и промышленного внедрения ресурсосберегающих технологических процессов с использованием автоматизированных программ управления, разработанных на базе научно обоснованных методов расчета и проектирования формообразующих операций и технологических режимов деформирования.

Научная новизна диссертационной работы состоит в разработке современной методологии единого подхода к анализу формообразования сложнопрофильных изделий пневмоформовкой в режимах сверхпластичности на основе установленных теоретически и экспериментально закономерностей и математических моделей процессов деформирования, позволяющих установить нестационарные поля напряжений и деформаций для и определения рациональных режимов обработки, с оценкой пригодности материалов к пневмоформовке при создании ресурсосберегающих технологических процессов и представлена следующими научными результатами:

1. Новые методики теоретических и экспериментальных исследований для определения рациональных параметров и режимов деформирования листовых материалов из конструкционных сплавов в состоянии поставки при пневмоформовке в режимах сверхпластичности и полученные на их основе новые характеристики формоизменения сплавов АМгб,

АМгЗ, АМц, Л63 и ВТбс

3. На базе метода конечных элементов разработана методика и программное обеспечение для определения нестационарных полей напряжений и деформаций в процессе формоизменения осесимметричных оболочек произвольной формы, с оценкой и возможностью управления их раз-нотолщинностью в процессе получения изделий заданной конфигурации.

Практическую значимость работы составляют:

1. Разработанные экспериментально-расчетные методы анализа технологических процессов пневмоформовки листовых заготовок в режиме сверхпластичности:

- методики экспериментального определения предельных технологических возможностей труднодеформируемых промышленных сплавов для оценки их пригодности к пневмо- и пневмомеханической формовке в режиме сверхпластичности;

- технологические номограммы и программы управления формовкой изделий различной сложности из листовых заготовок при пневмоформов-ке, основанные на аналитическом методе расчета основных параметров процесса пневмоформовки, позволяющие в условиях промышленного предприятия проектировать новые технологические процессы производства изделий;

2. Пакеты прикладных программ для анализа формовки оболочек, обеспечивающие возможность более широкого внедрения компьютеров в практику проектирования технологических процессов листовой штамповки и существенное повышение производительности труда при технологической подготовке производства новых изделий.

3. Результаты сравнительного анализа ряда процессов формовки, позволяющие показать преимущества этих процессов по сравнению с традиционными способами обработки листовых материалов, за счет возможности получить детали сложной формы с высоким качеством поверхности за одну технологическую операцию и сокращения объема последующей трудоемкой механической обработки.

4. Оригинальные конструкции установок, специальной оснастки и оборудования с автоматизированной пневмосистемой для изготовления высокоточных изделий заданных геометрических форм и размеров из листовых заготовок, защищенные авторскими свидетельствами СССР на изобретения (№ 582032, № 557229, № 531587, № 614856).

6. Включенные в разделы лекционных курсов «Новые техпроцессы и оборудование», «Технология листовой штамповки», «Основы теории высокоэффективных технологических процессов листовой и объемной штамповки», «Технология высокоэффективных технологических процессов листовой и объемной штамповки» при подготовке бакалавров направления 150400 «Технологические машины и оборудования» и студентов, обучающихся по направлению 150200 «Машиностроительные технологии и оборудование» специальности 150201 «Машины и технология обработки металлов давлением», а так же идеи, выводы и разработанные в диссертации подходы, используемые в учебном процессе ТулГУ при подготовке магистров и специалистов высшей квалификации.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы и результаты исследований докладывались на Всесоюзной научно-технической конференции "Новое в кузнечно-штамповочном производстве" (г. Запорожье, 1975г.), на отраслевых научно-технических семинарах в

МДНТП им. Дзержинского (г. Москва) "Штамповка эластичными, жидкостными и газовыми средами" (1976г.) и "Качество и эффективность при листовой и объемной штамповке" (1977г.), на Всесоюзном научно-техническом семинаре "Сверхпластичность металлов" (г. Москва, 1978г.), на научно-технических семинарах "Механические испытания материалов и сверхпластичность металлов" (Алжир, университет г. Блида, 1986-1988гг.), на Международной НТК "Ресурсосберегающие технологии, оборудование и автоматизация штамповочного производства" (г. Тула, 1999г.), на Международных конференциях "Автоматизация: проблемы, идеи, решения" (г. Тула, 2002г. и 2004г.), на XXXIII Уральском семинаре "Технологии и машины обработки давлением" (г. Екатеринбург, 2003г.), на Всероссийской НТК «Наука. Промышленность. Оборона» г. Новосибирск, 2005 г., на ежегодных НТК профессорско-преподавательского состава Тульского государственного университета (г. Тула, 1973-2005 гг.).

Автор выражает искреннюю благодарность д.т.н., доц. Е.М. Селед-кину за помощь в постановке задач моделирования процессов пневмофор-мовки и д.т.н., проф. С. П. Яковлеву за ценные замечания при выполнении работы.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованных источников из 208 наимено

Заключение диссертация на тему "Развитие теории и технологии листовой пневмоформовки изделий в режиме сверхпластичности"

6.6. Основные результаты и выводы.

1. На нескольких предприятиях машиностроения организованы опытно-производственные участки, на которых был смонтирован комплекс оборудования и оснастки для отработки процессов пневмоформовки изделий в режиме сверхпластичности. На участках выполнена отработка расчетных программ управления пневмоформовкой отдельных изделий производственной номенклатуры, подтверждены с достаточной точностью, результаты теоретического анализа и компьютерного моделирования постадийного формообразования сложнопрофильных оболочек.

2. Для получения изделий пневмоформовкой разработаны специализированные оснастка и формообразующие матрицы, при изготовлении которых должен учитываться ряд особенностей. В частности, для обеспечения герметичности прижима заготовок на фланцах прижимной крышки и сменных формообразующих матриц изготавливаются концентрично расположенные выступы и канавки, причем таким образом, чтобы можно было использовать большое количество матриц для каждого вида оснастки.

3. Разработана пневматическая система, являющаяся важной частью установки для пневмоформовки, которая обеспечивала выполнение различных расчетных программ подачи рабочего давления на заготовки для формообразования изделий в режимах сверхпластичности.

4. Разработаны основные рекомендации по разработке типовых технологических процессов, приведены схемы их построения.

5. Внедрены в производство технологические процессы изготовления изделий различной номенклатуры и назначения из исследованных сплавов методами пневмо- и пневмомеханической формовки в режимах сверхпластичности.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе решена актуальная научно-техническая и технологическая проблема, имеющая важное народнохозяйственное значение в области перспективных направлений изготовления ответственных изделий машиностроения и авиастроения, состоящая в развитии теории и технологии формоизменения листовых заготовок в режимах сверхпластичности из труд-нодеформируемых промышленных конструкционных сплавов в состоянии поставки давлением газовой среды, с использованием сменных формообразующих матриц и в создании новых технологических процессов изготовления сложных изделий, обеспечивающих экономию энергоресурсов и основных материалов при повышении качества продукции, снижении трудоемкости и сокращении сроков подготовки производства.

На основании выполненных теоретических и экспериментальных исследований получены следующие основные результаты и сделаны выводы:

1. Разработаны новые методики экспериментальных исследований листовых промышленных сплавов по схеме, соответствующей напряженно-деформированному состоянию при пневмоформовке в режиме сверхпластичности. Предложены методы определения количественных значений параметров механического уравнения состояния, используемого для описания сверхпластичного поведения материалов при двухосном растяжении, моделирующим свободную пневмоформовку сферы и построены реалогические зависимости т(£и), £и(сгД *(£,), с(<7„).

Установлены аналитические зависимости, аппроксимирующие механические уравнения состояния исследуемых сплавов степенными полиномами, удовлетворяющими условию т > 0,3 на границах допустимого диапазона изменения скорости деформации в оптимальном режиме сверхпластичности.

- отношение значений интенсивности напряжений (минимального к максимальному) в диапазоне га >0,3, определяющее число ступеней изменения рабочего давления при пневмоформовке, которое тем больше, чем ближе это отношение к единице.

3. Разработан метод теоретического анализа для расчета технологических параметров пневмоформовки в режиме сверхпластичности, позволяющий поэтапно проанализировать основные стадии процесса формоизменения листовой заготовки и определить необходимое число ступеней изменения давления в зависимости от конечной конфигурации изделия. Метод позволяет рассчитать программу управления давлением газа по времени в процессе пневмоформовки на каждой стадии формообразования и построить технологические номограммы. При этом в условиях технологического отдела машиностроительного предприятия можно для заданной величины сц /^Hpiax У определять значения радиуса г/г/ на каждой ступени формовки оболочки до получения конечной формы готового изделия.

4. На базе основных соотношений механики деформируемого твердого тела, модели вязкопластического материала, вариационных принципов теории пластичности и техники метода конечных элементов разработан эффективный машинно-ориентированный метод анализа процессов пневмоформовки в состоянии сверхпластичности материала для процессов, реализующихся в условиях плоской и осесимметричной схем деформации, а также математические конечноэлементные модели следующих технологических процессов:

- пневмомеханическая формовка листовых заготовок в режиме сверхпластической деформации, с управлением разнотолщинностью изделий.

5. Спроектированы и изготовлены экспериментальные и промышленные установки, специализированная пневмосистема, универсальные оснастка и инструмент для пневмоформовки, применительно к условиям мелкосерийного и серийного производства предприятий машиностроения.

6. Проведена отработка технологических процессов пневмоформовки изделий различной конфигурации и подтверждены с достаточной точностью результаты экспериментально-теоретических исследований.

7. Внедрены технологические процессы пневмоформовки изготовления различных изделий машиностроения на предприятиях: Тульский машиностроительный завод им. Рябикова, Каспийский завод «Дагдизель», Рязанское производственное объединение «Красное знамя», Тульское научно-производственное предприятие «Вулкан». Полученные в рабете результаты и основные рекомендации по разработке типовых технологических процессов и конструированию специальной оснастки для пневмоформовки изделий использованы так же на промышленных предприятиях ОАО «ТНИТИ», ОАО АК «Туламашзавод», ОАО «Ротор».

Библиография Панченко, Евгений Васильевич, диссертация по теме Технологии и машины обработки давлением

1. Адлер Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1976. - 280 с.

2. Бочвар A.A., Свидерская З.А. Явление сверхпластичности сплава Zn- AI//Известия АН СССР, ОТН, 1945.-№9.-с. 821.824.

3. Бочвар A.A. О разных механизмах пластичности в металлических системах // Известия АН СССР, ОТН, 1948. № 5. - с. 649 - 653.

4. Бочвар A.A., Свидерская З.А. К вопросу о необычайно большой пластичности сплава Zn AI // Известия АН СССР, ОТН, 1945. - № 7. - с. 1001.

5. Бэкофен В. Процессы деформации. М.: Металлургия, 1977. - 288 с.

6. Балакин В.П., Смирнов О.М., Охрименко Я.М., Пылаев Б.В. Закономерности устойчивой деформации сверхпластичных материалов. // Научн. труды МИСиС, 1975. -№ 86. с. 204.212.

7. Базык A.C., Тихонов A.C. Применение эффекта сверхпластичности в современной металлообработке. М. НИИМАШ, 1977. с. 13.22.

8. Барнс Э.Дж., Смирнов О.М. Технология сверхпластической формовки полых изделий из листовых заготовок алюминиевых сплавов // Кузнечно-штамповочное производство, 1995. № 5. - с. 9. 12.

9. Валиев С.А., Ренне И.П. Технологические расчеты и обоснование рациональных параметров инструмента для глубокой вытяжки // Глубокая вытяжка листовых материалов. Вып. 1. ЛДНТП, 1963. с. 21 .39.

10. Валиев С.А., Шевелев В.В., Яковлев С.П. Комбинированная вытяжка тонколистового материала // Кузнечно-штамповочное производство, 1966.- № 12. с. 18-21.

11. Vasin R.A., Enikeev F.U., Tokida М., Safiullin R.V. Matematical modelling of the superplastic forming of a long restangular sheet // International Jout-nal of Non-Linear Mechanics, 2003. Vol. 38. - p. 799-807.

12. Галахов A.B., Тихонов A.C., Шоршоров М.Х., Базык A.C. О влиянии схемы напряженного состояния на проявление эффекта сверхпластичности // Физика и химия обработки материалов, 1977. № 2. - с. 95-99.

13. Голенков В.А., Дмитриев A.M., Кухарь В.Д., Радченко С.Ю., Яковлев С.П., Яковлев С.С. Специальные технологические процессы и оборудование обработки давлением. М.: Машиностроение, 2004. - 464с.

14. Грабский М.В. Структурная сверхпластичность металлов. М.: Металлургия, 1975. 270с.

15. Горбунов B.C., Гук В.О. Сравнительный технико-экономический анализ процессов листовой и объемной штамповки с использованием эффекта сверхпластичности // Кузнечно-штамповочное производство, 1977. № 8 -с. 40-41.

16. Горбунов B.C., Ренне И.П., Панченко Е.В. Пневмостатическая формовка сплава АМгб в режиме сверхпластичности // Технология легких сплавов / М. ВИЛС, 1979. №8 - с. 30-37.

17. Горбунов B.C., Панченко Е.В., Судник В.А. Комплексное исследование, разработка и внедрение типовых технологических процессов пневмоформовки деталей из листовых заготовок в условиях сверхпластичности. Обзор № 1379. М. ЦНИИ и ТЭИ, 1977. 105с.

18. Горбунов B.C., Смирнова В.Е., Панченко Е.В. Инструмент для работы при высоком давлении. Авторское свидетельство СССР № 531587, БИ № 38. 1976.

19. Горбунов B.C., Судник В.А., Панченко Е.В., Малыгин А.Г., Панина С.А. Устройство для гидро- и пневмоформовки. Авторское свидетельство СССР №614856, БИ№ 18. 1978.

20. Гуляев А.П. О сверхпластичности // Сб. трудов I Всесоюзной НТК "Сверхпластичность металлов". Уфа. УАИ, 1978. с. 14-16.

21. Губкин С.И. Пластическая деформация металлов. М.: Металлургиз-дат, 1960.-Т.2.-416 с.

22. Дмитриев A.M., Дубровский В.А., Ступников В .П. Проблемы технологии машиностроения // Кузнечно-штамповочное производство, 2002. № 12. - с. 40-42.

23. Дмитриев A.M., Воронцов A.A. Аппроксимация кривых упрочнения металлов // Кузнечно-штамповочное производство, 2002. № 6. - с. 16-21.

24. Зенкевич О., Морган К. Конечные элементы и аппроксимация. М.: Мир, 1986.-318 с.

25. Исаченков Е.И. Развитие технологии листовой штамповки // Кузнечно-штамповочное производство, 1977. № 11.-е. 39-40.

26. Исаченков Е.И. Штамповка резиной и жидкостью. // М.: Машиностроение, 1967. 367с.

27. Качанов JI.M. Основы теории пластичности. // М.: Наука, 1969.420с.

28. Кайбышев O.A. Пластичность и сверхпластичность металлов. // М.: Металлургия, 1975. 279с.

29. Кайбышев O.A., Круглов A.A., Лутфуллин Р.Я., Таюпов А.Р. Свободная формовка сферических оболочек из сверхпластичных листовых материалов // Кузнечно-штамповочное производство, 1991. № 8. - с. 19-20.

30. Кайбышев O.A., Лутфуллин Р.Я., Круглов A.A. Сверхпластическая формовка сферических сосудов давления // Кузнечно-штамповочное производство, 1999. № 4. - с. 29-32.

31. Кайбышев O.A. Механизм деформации и структурные факторы, влияющие на эффект сверхпластичности. // Тезисы докладов I Всесоюзной научно-технической конференции "Сверхпластичность металлов". Уфа. УАИ, 1978. с. 6-7.

32. Кайбышев O.A. Сверхпластичность промышленных сплавов. // М.: Металлургия, 1984. 264с.

33. Колмогоров В.Л. Напряжения, деформации, разрушение. // М.: Металлургия, 1970. 230с.

34. Колмогоров В.Л. Механика обработки металлов давлением. Екатеринбург, Уральский гос. тех. ун-т, 2001. 836с.

35. Круглов A.A., Сверхпластическая формовка сферических сосудов с бобышками // Кузнечно-штамповочное производство, 2004.- № 10. с.8 -11.

36. Круглов A.A., Еникеев Ф.У., Лутфуллин Р.Я. Расчетная модель процесса сверхпластической формовки сферической оболочки из листового проката // Кузнечно-штамповочное производство, 2000. № 10. - с. 6-9.

37. Кухарь В.Д., Чистяков A.B. Моделирование разделительных операций ОМД методом конечных элементов // Кузнечно-штамповочное производство, 2002. № 6. - с. 41-45.

38. Малинин H.H., Романов К.И. Устойчивость двухостного растяжения в условиях ползучести. // Изв. АН СССР. МТТ, 1981. № 1.

39. Malinin N.N., Romanov K.I. Hot deformation of a long narrow restan-gular membrane // Int. J. Mech. Sei., 1985. Vol. 27. - N5. - p. 303-312.

40. Муркин B.B., Графов Б.Г., Смирнов О.М., Балакин В.П. Термоштамповка оребренных деталей в состоянии сверхпластичности // Кузнеч-но-штамповочное производство, 1978. № 3. - с. 2-4.

41. Новые технологии в технике // Энциклопедия. Т.4. М. Аспект. Российское космическое агентство, 1994. 208с.

42. Надирашвили Н.И., Шоршоров М.Х., Антипов В.И., Тихонов A.C. О сверхпластичности технически чистых железа, титана и их сплавов в интервале температур фазового превращения. // Физика и химия обработки материалов, 1971. № 5. - с. 134.

43. Охрименко Я.М., Горбунов B.C., Смирнов О.М., Новиков И.И., Портной В.К. Пневмостатическая формовка металлов в состоянии сверхпластичности. // Вестник машиностроения, 1972. № 11.-е. 60-62.

44. Охрименко Я.М., Смирнов О.М., Горбунов B.C., Сурмач Л.В., Морозов Л.И. Точная штамповка металлов и сплавов в состоянии сверхпластичности. // Кузнечно-штамповочное производство, 1972. № 8. - с. 10. 14.

45. Охрименко Я.М., Смирнов О.М., Балакин В.П., Сурмач JI.B. Установка для исследования реологических характеристик материалов. // Известия ВУЗов. Черная металлургия, 1971. № 7. - с. 110-113.

46. Охрименко Я.М., Смирнов О.М., Сурмач JI.B. О возможности количественной оценки состояния сверхпластичности. // Физика и химия обработки металлов, 1971. № 6. - с. 37-41.

47. Охрименко Я.М., Смирнов О.М., Балакин В.П., Войцеховский В.А., Шкляев В.Е. Процесс получения длинноосных поковок растяжением в состоянии сверхпластичности. // Кузнечно-штамповочное производство, 1973. -№ 1.-е. 7-10.

48. Охрименко Я.М., Смирнов О.М. Эффект сверхпластичности и перспективы его использования в обработке металлов давлением. // М.: Машиностроение, 1971. - 81с.

49. Охрименко Я.М. Итоги в области развития технологии ОМД на базе сверхпластичности за 1976-1977 гг. // Тезисы докладов I Всесоюзной научно-технической конференции "Сверхпластичность металлов". Уфа. УАИ, 1978.-с. 3-4.

50. Охрименко Я.М. Технология кузнечно-штамповочного производства на базе сверхпластичности. // Кузнечно-штамповочное производство, 1977. -№ 11.-е. 30-35.

51. Охрименко Я.М., Смирнов О.М. Безоблойная штамповка титановых сплавов в состоянии сверхпластичности. // Кузнечно-штамповочное производство, 1977. № 5. - с. 16-19.

52. Охримеико Я.М., Полухии П.И., Смирнов О.М. Актуальные проблемы развития технологии обработки металлов далением в состоянии сверхпластичности // Кузнечно-штамповочное производство, 1983. № 1.-е. 6-7.

53. Охрименко Я.М., Смирнов О.М., Бубнов И.П., Трушин И.К. Установка для исследования деформирования сверхпластичных сплавов. // Известия ВУЗов. "Черная металлургия", 1975. № 5. - с. 86-88.

54. Панченко Е.В., Ренне И.П. Определение технологических параметров пневмоформовки деталей в условиях сверхпластичности. // Кузнечно-штамповочное производство, 1978. -№ 12. с. 15-17.

55. Панченко Е.В. Экспериментальное определение параметров тик механического уравнения состояния материалов при пневмоформовке в режиме сверхпластичности. // Исследования в области пластичности и обработки металлов давлением. Тула. ТулГУ, 1977. с. 120-132.

56. Панченко Е.В., Арнаутова С.С. Пневмостатическая формовка деталей из листа сплава АМгб в состоянии сверхпластичности. // Исследования в области пластичности и обработки металлов давлением. Межвуз. сб. Вып.2, Тула. ТПИ, 1974. с. 122-126.

57. Панченко Е.В., Арнаутова С.С., Соколов М.Д. Способ смазки матрицы графитом при помощи ультразвука. Авторское свидетельство СССР № 557229. БИ № 17, 1977.

58. Панченко Е.В., Арнаутова С.С., Соколов М.Д., Арбатская JT.C. Матрица для штамповки листовых материалов. Авторское свидетельство СССР № 582032, БИ №44, 1977.

59. Панченко Е.В., Горбунов B.C. Установка для пневмовибрационной формовки деталей в режиме сверхпластичности. // Информ. № 76-0749 М.: ВИМИ, 1976.-е. 1.3.

60. Панченко Е.В., Соколов М.Д. Изотермический штамп для пневмостатической формовки деталей из листовых заготовок в режиме сверхпластичности. // Информ. № 6. Тула. ТПИ, 1976. с. 1-3.

61. Панченко Е.В., Соколов М.Д. Технологический процесс пневмо-статической формовки деталей из труднодеформируемых сплавов с использованием эффекта сверхпластичности. // Информ. № 7. Тула. ТПИ, 1976 с. 1-3.

62. Панченко Е.В., Ренне И.П. Расчет давления формующей среды и времени формовки деталей в режиме сверхпластичности. // М.: "Вестник машиностроения", 1980. № 5. - с. 66-70.

63. Панченко Е.В., Горбунов B.C., Вальтер А.И. Матрица для прессования. // Ж. Машиностроитель. М.: "Машиностроение", 1983, - №12 - с. 29.

64. Панченко Е.В., Горбунов B.C., Вальтер А.И. Пневмостатическая формовка деталей с подогревом. // Ж. Машиностроитель. М.: "Машиностроение", 1984, - №1 - с. 30.

65. Панченко Е.В., Горбунов B.C., Вальтер А.И. Пневмовибрационная формовка деталей. // Ж. Машиностроитель. М.: "Машиностроение", 1984, -№2-с. 16.

66. Панченко Е.В. Определение основных параметров пневмоформов-ки деталей из листовых заготовок в режиме сверхпластичности. // В сб. Исследования в области теории, технологии и оборудования штамповочного производства. Тула. ТулГУ, 1995. - с. 163-167.

67. Панченко Е.В., Фатеев В.И. Расчет изменения радиуса при газостатической формовке углов коробчатых деталей. // В сб. Исследования в области теории, технологии и оборудования штамповочного производства. Тула. ТулГУ, 1996.-с. 115-118.

68. Панченко Е.В. Определение параметров процесса пневмоформов-ки изделий в режиме сверхпластичности. // РАН. Металлы № 4. М. 1996, с. 57-61.

69. Панченко Е.В. Графическое определение коэффициента скоростного упрочнения при пневмоформовке деталей из листовых заготовок в условиях сверхпластичности. // Вопросы оборонной техники. НТС, сер. 13. Вып. 1-2. М. 1996.-с. 34-35.

70. Панченко Е.В., Юрченко Д.А. Особенности изотермического формования изделий из листовых сплавов. // М. Автоматизация и современные технологии, 1998. № 12. - с. 6-9.

71. Панченко Е.В., Селедкин Е.М. Влияние скоростного упрочнения на изменение толщины изделий при пневмоформовке // Механика деформируемого твердого тела и обработка металлов давлением. Часть 2. Тула. Тул-ГУ, 2002. с. 82-86.

72. Панченко Е.В., Селедкин Е.М. Моделирование процесса пневмо-статической формовки листовых заготовок в матрице // Механика деформируемого твердого тела и обработка металлов давлением. Часть 2. Тула. Тул-ГУ, 2002.-с. 153-159.

73. Панченко Е.В., Селедкин Е.М. Математическое моделирование процесса пневмомеханической штамповки сферической заготовки. // Изв. ТулГУ. Механика деформируемого твердого тела и обработка металлов давлением. Вып. 3. Тула. ТулГУ, 2004. с. 63-69.

74. Панченко Е.В., Селедкин Е.М. Оптимизация распределения разно-толщинности стенок при штамповке сферической заготовки. // Изв. ТулГУ. Механика деформируемого твердого тела и обработка металлов давлением. Вып. 3. Тула. ТулГУ, 2004. с. 69-73.

75. Панченко Е.В., Селедкин Е.М. Моделирование процессов пнев-моформовки корпусных деталей. // Труды XXXIII Уральского семинара "Технологии и машины обработки давлением".Екатеринбург,2003.-с.185-187.

76. Панченко Е.В., Селедкин Е.М. Управление процессом пневмоста-тической формовки заготовок на основе математического и компьютерного моделирования. // Сб. тр. МНТК «Автоматизация: проблемы, идеи, решения». ТулГУ. Изд-во Гриф и К. Тула, 2002. с. 153-155.

77. Панченко Е.В., Селедкин Е.М. Особенности технологии пневмо-статической формовки полых изделий из листовых заготовок. // Сб. тр. МНТК «Автоматизация: проблемы, идеи, решения». ТулГУ. Изд-во Гриф и К.Тула, 2002.-с. 175-176.

78. Панченко Е.В. Пневмосистема для автоматизации управления формовкой изделий из листовых заготовок. // Сб. тр. МНТК «Автоматизация: проблемы, идеи, решения». ТулГУ. Изд-во Гриф и К. Тула, 2004. с. 84-85.

79. Панченко Е.В., Селедкин Е.М. Пневмоформовка листовых заготовок в режиме сверхпластичности. // Тула. ТулГУ, 2004. 304с.

80. Попов Е.А. Основы теории листовой штамповки. // М.: Машиностроение, 1968. 283с.

81. Портной В.К., Чумаченко E.H., Парис JT., Рылов Д.С. Исследование показателей сверхпластичности сплава ВТ6 в широком интервале температур. // Цветные металлы, 2004. № 5. - с. 78-80.

82. Пресняков A.A. Сверхпластичность металлов и сплавов. // М.: Наука, 1969. -203с.

83. Ренне И.П., Панченко Е.В. Определение параметров уравнения сверхпластического состояния листовых материалов из опыта двухосного растяжения. // Проблемы прочности, Киев, 1978. № 8. - с. 31-35.

84. Романов К.И. Механика горячего формоизменения материалов. // М.: Машиностроение, 1993. 240с.

85. Романов К.И. Оценка повреждаемости заготовок при горячем формоизменении. // М.: Машиностроение, 1981 № 3. - с. 85-89.

86. Селедкин Е.М., Панченко Е.В. Исследование процессов пневмо-формовки листовых заготовок методом конечных элементов // Изв. ТулГУ. Сер. "Машиностроение". Вып. 7. Тула. ТулГУ, 2002. с. 112-119.

87. Селедкин Е.М., Панченко Е.В., Зотов A.C. Управление утонением стенок при газостатической формовке деталей из листа // Изв. ТулГУ. Сер. "Механика деформируемого твердого тела и обработка металлов давлением". Вып. 1. Тула. ТулГУ, 2003. с. 143-147.

88. Селедкин Е.М., Гвоздев А.Е. Математическое моделирование процессов формирования заготовок. // М. Академия проблем качества. ТулГУ, 1998. 225с.

89. Селедкин Е.М., Панченко Е.В., Зотов A.C. Математическая модель процесса пневмоформовки листовых заготовок // Изв. ТулГУ. Сер. "Механика деформируемого твердого тела и обработка металлов давлением". Вып. 2. Тула. ТулГУ, 2003. с. 12-19.

90. Селедкин Е.М., Зотов A.C. Устранение разнотолщинности стенок при пневмоформовке полых заготовок // Изв. ТулГУ. Сер. "Механика деформируемого твердого тела и обработка металлов давлением". Вып. 2. Тула. ТулГУ, 2003.-с. 133-135.

91. Смирнов О.М. Обработка металлов давлением в состоянии сверхпластичности. //М.: Машиностроение, 1979. 184с.

92. Смирнов О.М. Достижения и перспективы использования сверхпластичности в обработке материалов давлением // Кузнечно-штамповочное производство, 1994. № 4. - с. 2-5.

93. Smirnov О.М. Rheological criteria for rational use of superplasticity in metal forming bu pressure. // Superplasticity and Superplastic forming. Ed. by C.H. Hamilton and N.E. Patón. MMMS, 1988. p. 179-183.

94. Smirnov O.M. Superplastic materials rheology affected bu structure evolution. // Superplasticity in Advanced Vaterials. Ed. bu S. Hori, M.Tokizan, N. Fu-roshiro. JSRS, 1991. p. 813-818.

95. Смирнов O.M. Сверхпластичность материалов: от реологии к технологии // Кузнечно-штамповочное производство, 1998. № 2. - с. 18-23.

96. Сегерлинд JI. Применение метода конечных элементов. // М.: Мир, 1979. 392с.

97. Скуридин Б.В., Смирнов О.М., Гусев Ю.В., Панфилова О.В. Деформирование титановых сплавов в условиях сверхпластичности. // Кузнеч-но-штамповочное производство, 1977. № 12.-е. 35-37.

98. Скуридин Б.В., Гусев Ю.В., Смирнов О.М., Панфилова О.В. Пневмоформовка титановых сплавов в условиях сверхпластичности. // Кузнечно-штамповочное производство, 1976. № 6. - с. 17-19.

99. Смирнов О.М., Охрименко Я.М., Шкляев В.Е., Балакин В.П. Исследование процесса получения заготовок растяжением в состоянии сверхпластичности. // Кузнечно-штамповочное производство, 1975. № 7. - с. 3-4.

100. Смирнов О.М., Цепин М.А., Гук В.О. Исследование возможностей процесса пневмостатической формовки труднодеформируемых сплавов. // Новые технологические процессы обработки металлов давлением. Науч. тр. МИСиС. № 112. М.: Металлургия, 1979. - с. 56-60.

101. Смирнов О.М., Охрименко Я.М., Цепин М.А., Анищенко A.C. Анализ формоизменения оболочек из листовых заготовок в состоянии сверхпластичности. // Черная металлургия, 1980. № 9. - с. 89-93.

102. Смирнов О.М., Цепин М.А., Анищенко A.C., Ханза A.C., Методика определения параметров реологического состояния сверхпластичностиматериалов при газостатической формовке. // Черная металлургия, 1981. № З.-с. 92-96

103. Смирнов О.М., Ершов А.Н., Цепин М.А. Реологическое поведение сверхпластичных нанокристаллических и аморфных материалов. // Цветная металлургия, 2001. - № 4. - с. 18-27.

104. Смирнов О.М., Анищенко A.C., Цепин М.А., Балакин В.П. Разработка оптимального силового режима газостатической формовки оболочек. // Пластическая деформация металлов. Науч. тр. МИСиС. № 140. М.: Металлургия, 1982.-с. 219-223.

105. Смирнов О.М., Гусев Ю.В., Цепин М.А. и др. Сверхпластичность магниевого сплава МА2-1. // Технология легких сплавов, 1975. № 11. - с. 711.

106. Свешников A.A. Основы теории ошибок. Ленинград, ЛГУ, 1972.124с.

107. Справочник по авиационным материалам. // М.: Машиностроение, 1968.-Т.2.-ч.1.

108. Справочник по авиационным материалам. // М.: Машиностроение, 1966. Т.2. - ч.2.

109. Судник В.А., Панченко Е.В. О вкладе диффузионной ползучести в эффект сверхпластичности для сплава АМгб. // Физика металлов и металловедение АН СССР, Т. 41, вып. 5. 1976, с. 1111-1112.

110. Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением. // М.: Машиностроение, 1971. 424с.

111. Тихонов A.C. Эффект сверхпластичности металлов и сплавов. // М.: Наука, 1978. 140с.

112. Цепин М.А. Исследование пневмоформовки некоторых сплавов в состоянии сверхпластичности. Автореферат канд. дисс. Москва, МИСиС, 1975.

113. Цепин М.А., Портной В.К., Хамза А.С.Х. Исследование режимов сверхпластичности двухфазной латуни ЛАХ59-0,5-0,2. // Обработка металлов давлением. Теория и технология. Науч. тр. МИСиС. М.: Металлургия, 1984.- с. 30-34.

114. Tsepin М.А., Miad A.R. Microstructural evolution in ultrafine-graned two-phase alloys: Theory and experiment. // Materials seince Forum Superplastic-ity in Advanced Materials. ICSAM-97, 1997. p. 487-492.

115. Цепин M.A., Широков H.M., Портной B.K. Оборудование для изотермического деформирования листовой сверхпластичной латуни. // Цветные металлы, 1984. № 8. - с. 78-84.

116. Цепин М.А., Фуад М.А., Таюров А.Р., Поляков С.М. Особенности исследования метода конечных элементов для расчетов режимов сверхпластического деформирования. // Кузнечно-штамповочное производство, 1991.- № 9. с. 9-11.

117. Tsepin М.А., Yerchov A.N. Structural superplasticity with grain evolution. Theory and application for computer simulation. // Superplasticity in Advanced Materials: Abst. Int. Conf ICSAM-94, 1994. p. 164.

118. Чашников Д.И., Черемных Д.М. Сверхпластичность металлических материалов. // Физика и химия обработки материалов, 1972. -с. 90-100.

119. Шоршоров М.Х., Тихонов A.C., Булат С.И., Гуров А.П., Надира-швили Н.И., Антипов В.И. Сверхпластичность металлических материалов. // М.: Наука, 1973.-220 с.

120. Чудин В.Н. Вытяжка листовых изделий коробчатых форм. // Куз-нечно-штамповочное производство, 2002. № 6. - с. 3-8.

121. Чудин В.Н. Процессы изотермического деформирования элементов летательных аппаратов. // Кузнечно-штамповочное производство, 2002. -№ 12. с. 3-7.

122. Чумаченко E.H., Цепин М.А., Чекин A.B., Панина О.Н. Анализ влияния структуры на формоизменение заготовки при листовой сверхпластичной формовке. // Кузнечно-штамповочное производство, 2001. № 7. - с. 3-7.

123. Шоршоров М.Х., Гвоздев А.Е., Селедкин Е.М., Панченко Е.В. и др. Разработка ресурсосберегающих технологий на основе оптимизации структуры и свойств материалов. // Тула. Изд-во ТулГУ, 2000. 221с.

124. Шоршоров М.А., Тихонов A.C. Сверхпластичность металлов и сплавов. // Физическое металловедение в СССР. Киев. Наукова думка, 1986. -с. 240-251.

125. Шматов В.Г. О механике зернограничного максимума внутреннего трения. // В сб. Внутреннее трение в металлических материалах. М.: Наука, 1970. - с. 124.

126. Шенк X. Теория инженерного эксперимента. // М.: Мир, 1972.382с.

127. Шевелев В.В., Обозов И.П. Об относительном удлинении и относительном сужении образцов прямоугольного сечения. // Заводская лаборатория, 1957. № 6. - с. 725-726.

128. Яковлев С.П., Кухарь В.Д. Штамповка анизотропных заготовок. // М.: Машиностроение, 1986. 136с.

129. Яковлев С. С., Яковлев С.П. Теория и технология изотермической штамповки анизотропных листовых материалов в режиме кратковременной ползучести. // Тула. ТулГУ, 1996. 126с.

130. Яковлев С.П., Яковлев С.С., Андрейченко В.А. Обработка давлением анизотропных материалов. // Кишинев, Квант, 1997. 332с.

131. Яковлев С.П., Чудин В.Н., Яковлев С.С., Соболев Я.А. Изотермическое деформирование высокопрочных анизотропных металлов. // Тула. М.: Машиностроение-1; Изд. ТулГУ, 2003. 427с.

132. Яковлев С.П., Чупраков Д.А., Панченко Е.В., Соболев Я.А. Формирование элементов конструкций с длинными прямоугольными каналами в режиме ползучести. // Тула. Изд-во ТулГУ. 4.2, 2001. с. 112-119.

133. Avery D.H. and Backofen W.A.: A Structural Baris for Superplastici-ty. "ASM Trans. Quart.", 58, 1965. p. 551-562.

134. Al-Naib T.Y.M. Duncan J.L. Superplastic metal forming. "Int. J. Mech. Sei.", 1970. 12. - № 6. - p. 463-477.

135. Backofen W.A., Turner J.H. and Avery D.H. Superplasticity in Al-Zn Alloy. "ASM. Trans. Quart.", 57, 1964. p. 980-990.

136. Backofen W.A., Azzarto F.J., Murty G.S., Zeht S.W. Superplasticity "Ductility", ASM. Seminar. Metals Park, Ohio, 1967. p. 279.

137. Barnes A.J. Superplastic Forming of Aluminum Alloys. // Superplasticity in Advanced Materials. Ed. bu TG. London. Materials Science Forum. Vols.170.172,- 1994.-p. 701-714.

138. Belk J.A. Production of superplastic zinc-aluminium alloys. "Metals Technology" 1976. v. 3.

139. Cherby A.K., Wadsworth J. Superplasticity Recent + advanced and future directions. // Progress in Materials Sciences. Vol. 33, 1989. - p. 169-221.

140. Chosh A.K., Cheng C.H. Superplastic deformation in titanium aluminides and modeling of transient deformation. // Superplasticity in Advanced Materials. Ed. bu S. Hori, M. Tokizane, N. Furushiro. JSRS, 1991. p. 339-348.

141. Cornfield G.C. and Johnson R.H. The forming of superplastic Sheet Metal, "Int. J. mech. Sci." Pergamon Press, 1970. Vol. 12. - p. 479-490.

142. Chakrabarty J. A theory of stretch forming over hemispherical punch heads. "Int. J. Mech. Sci.", 1970. 12. - № 4. p. 315-325.

143. Cline H.E., Alden T.H. Rate-sensitive deformation in tin-lead alloys. "Trans. Metallurg. Soc. AJME", 239, 1967. p. 710-714.

144. Dreger D.R. Metals that form like plastics. "Mach.Des.", 1974. 46. -№ 19.-p. 110-115.

145. Edington J.W. Physical metallurgy of superplasticity "Metals Technology", 1976. v 3. - part 3. - p. 138.153.

146. Fields D.S. Jr., Stewart T.J. Strain effects in the superplastic deformation of 78 Zn 22 Al. "Int. J. Mech. Sci.", 1971. - 13. - № 1. p. 63-75.

147. Fields D.S.: Sheet thermoforming of a superplastic alloy. IBM-J, 1965. -p. 134-136.

148. Garfinkal M., Witzke W.R., Klopp W.D. Superplasticity in Tungsten-Rhenium Alloys, "Trans. Met. Soc. of AIME", 1969. 245. - № 2. - p. 303.

149. Gibson R.C., Brophy J.H. Microduplex Nickel-Iron-Chromium Alloys,

150. Proceedings of the 16th Sagamore Army Materials Conference, 1969.

151. Grabski M.W. Nikrmechanism nadplastycznosci metali. Rozprawa ha-bilitacyina. Politechnika, Warszawska, 1971.-3

152. Grimes R., Bulter R.C. The properties and applications of currently exploited superplastic aluminium alloys. // Superplasticity in Advanced Materials. Ed. bu S. Hori, M. Tokizane, N. Furushiro. JSRS. 1991. p. 771-776.

153. Hanseil C.W. Device for reducing thickness of thin sheet materials. Patent USA, № 2479358, 1949.

154. Hedworth J., Stoweil M.J. The measurement of strain-rate sensitivity in superplastic alloys. "J.Mater.Sci", 1971. v.6. - № 8. - p. 1061-1069.

155. Hayden H.W. Gibson R.C., Brophy J.H. The relationship between superplasticity and formability. Metal Form.: Interrelat. Theory and Pract. New York-London, 1971. p. 475-497.

156. Hayden H.W. and Braphy J.H. The Interrelation of Grain Size and Superplastic Deformation in Nickel-Chromium Iron Alloys, Transactions Quaterly ASM, 61, 1968. p.542-549.

157. Holt D.L., Backofen W.A. "Superplasticity in the Al-Cu entectic alloy. "Trans. ASM", 59, 1966. p. 755-768.

158. Hart E.W. "Acta metallyrgica", 1967. v 15. - p. 351-355.

159. Holt D.L. "Int. J. Mech Scinke", 1970. v 12. - p. 491-497.

160. Hamel M., Venter R.D. "Evaluation of strain distribution in the forming of sheet metal", CANCAM-77. Proc. 6th Can.Congr. appl. Mech., Vancouver, 1977. Vol 1. - Vancouver. - p. 291-292.

161. Hirohashi M., Asanuma H. Combined extrusion of superplastic Al-Zn system alloys. // Superplasticity and Superplastic forming. Ed. bu C.H. Hamilton and N.E. Paton. MMMS, 1988. p. 545-549.

162. Johnson R.H. Superplasticity in metals and alloys. Spectrum, 1969 № 64.-p. 8-10.

163. Johnson R.H. Superplasticity. Metals and Matter., 1970. 4. - № 9.p. 115-134.

164. Jovahe F. An approximate analysis of the superplastic forming of a thin circula diaphragm. Intern. "J. Mech. Set.", 1968. № 10. - p. 423-427.

165. Jovane F., Shabaik A.H., Thomsen E.G. Some Extrusion Studies of the Eutectic Alloy of Pb and Sn. "Trans ASME", V.91, ser.B, 1969. № 3.

166. Johnson R.H., Al-Naib T.Y.M., Dunkan J.L. strain distributions in a zink-aluminium alloy. "J. Inst. Metals", 1972. 100. - p. 45-50.

167. Lee D., and Backofen W.A. Trans of the Metallurgical Society AYME, 1967, Jul, v.239, p. 1034-1040. Superplasticity in some Ti-and Zn-alloys.

168. Mamalis A.G., Johnson W., Lewis I. Forming of superplastic zinc-aluminium sheet into are-enrant die. "Metals Technol.", 1974. 4. - № 3. -p. 160-166.

169. Morrison W.B. The elongation of superplastic alloys. Trans met. Sos. AIME, 1968. v.242. - p. 2221.

170. Martin P.J. Backofen W.A. Superplasticity in electroplated composites of lead and tin. "Trans. ASM", 60, 1967. p. 352-359.

171. MarciniakZ. "Arch.Hutn", 1969. v.13. - p. 305.

172. Matsumo K., Nakazava Y. Researches on superplasticity and forming in national R&D projects. // Superplasticity in Advanced Materials. Ed. bu S. Hori, M. Tokizane, N. Furushiro. JSRS, 1991. p. 633-642.

173. Mortimer J. "Engineer" (Gr.Brit), 1971. v 232. - № 6012. - p. 34-37.

174. Morrison W.B. Superplasticity of low allow steels. "Transactions Qwartarty" v.61, w.3, 1968. p. 423-434.

175. Nich T.C., Wadsworth J. Superplasticity of ceramic composites. // Superplasticity in Advanced Materials. Ed. bu S. Hori, M. Tokizane, N. Furushiro. JSRS, 1991.-p. 257-262.

176. North D. Superplastic alloy for autobody construction. Sheet Metal Inds, 1970. 47. - № 1. - p. 13-16.

177. Pearson C.E. The Viscous Properties of Lead-Tin and Bismuth Tin. "J.1.st. Met.", 54, 1934.-p. 111.

178. Padmanabhan K.A. Closed-die forging of superplastic Al-CuA12 entec-tic alloy and its technological implications. "Trans. Indian Inst. Metals", 1973. -26. -№3.- p. 41-48.

179. Packer C.M. and Sherby O.D. An Interpretation of the Super-plasticity Phenomenon in Two-Phase Alloys, "Trans. Quart". ASM, 60, 1967. p. 21.

180. Pearce R., Swanson C.J. Superplasticity and metal forming. "Sheet Metal Ind.", 1970, № 7, p. 599-603. Discuss., p. 603-604.

181. Plege B., Schleinzer C. Development of a SPF-aluminium aircraft structure. // Superplasticity in Advanced Materials. Ed. bu S. Hori, M. Tokizane, N. Furushiro. JSRS, 1991. p. 801-806.

182. Rassmann V.G., Müller P. and Grabner W. Neue Hütte, 17, Jg. Heft, August, 1972.-p. 321-323

183. Rolland B. SPF-DB applications for military aircraft. // Superplasticity in Advanced Materials. Ed. bu C.H. Hamilton and N.E. Paton. MMMS, 1988. p. 601-612.

184. Rossard C. Formation de la struction dans la deformatiom a chaud par traction. // Revue de Metallurgie, 1966. № 3. - p. 225-235.

185. Stüwe H-P. Superplastizitat. z. "Metallkunde", 1970. Bd.61 - № 10. -p.704-710.

186. Stüwe H.P. Superplastizitat Stahl u. Eisen. 89, 1969. s. 807-810.

187. Schelosky H. Beitrag zum Verhalten superplastischer Werkstoffe beim Massivumformen. Ber.Inst.Umformtechen. Univ. Stuttgart, 1976. № 37. - 185s.

188. Schröder G, Winter K. Superplastische Werkstoffe-ein Überblick. Ind. -Anz., 1970. 92. - № 20. - p. 425-430.

189. Sherby O.D. Superplasticity. "Sciense Journal", 1969. v.5. - № 6. -p.75-80.

190. Schelosky H. Werkstoffluss beim Flisapressen superplastischer Werkstoffe. "Werkstatstechnik", vol.65, N 9, 1975. p. 545-547.

191. Sachs G., Lubahu I.D. Failure of Ductile Metals in Tension. "Trans ASME", v.68, 1946. p. 271-276.

192. Thomsen T.H., Holt D.L., Backofen W.A. Forming of Superplastic Sheet Metal in Bulging Dies. "Metals Engng. Quart", 1970. 10, N 2, p. 1-3.

193. Tang S. Note on Tensile Rupture Times in Superplastic Alloys. "Acta Mechanica" 10, 1970.-p. 139-144.

194. Tang S. Steady Extrusion of Superplastic Metallic Alloys. "Journal of Basic Engineering", 1971. p. 657-660.

195. Underwood E.E. A review of Superplasticity. "J.Met.", 14, 1962 p. 914-919.

196. Weis V., Kot R, "Superplasticity", Proc. CJRP conf. Detroit, Michigan,1967.

197. Woo D.M. The analysis of axisymmetrig forming of sheet metal and the hydrostatic bulging process. "Int. J. Mech. Sci." Pergamon Press Ltd. 1964. -Vol.6.-p. 303-317.

198. Woodford D.A. Trans ASM, 1969. v.62. - p. 291.

199. Wasiunyk P. Sinczak J. Examination of the parameters in the process of die forging of Superplastic alloys. Zesz. nauk. AGH, 1977. N 649. - p. 231-245.

Похожие работы

Обработка конструкционных материалов в машиностроении
05.03.00