автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.05, диссертация на тему:Совершенствование технологии и устройств вырубки-пробивки точных деталей из тонколистовых материалов эластичными средами с комбинированным использованием импульсных магнитных полей

СА!ШТ~ППЕРПУН"ГЛ®)1 ГОСУДЛГСТПЕШШЙ ТШИЧЕСККН УПИВКГСНТЬТ

На правах рукописи

BEFEIIiAnüi ПАВЕЛ ВИКТОРОВИЧ

УД1С 621.983.044

С0ПШИ1СГВ0ВШЕ ТЕХНОЛОГИИ И УСТРОЙСТВ ВНРУПШ-ПРОБИВЮ! ЮТ1ЫХ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ТОНКОЛИСТОВЫХ МЛТЕПШ10В ЭЛАСП1ЧШГуИ СЩЛШ С КОШПШРОВАН1ШН ШЮЛЮОВАНИКЛ

импульсных капшинх полей

Специальность 05.03,05 - Процессы и нашит обработки

д-э плени ем

Авторе^ о ¡vit д!юоертп|ч:«1 un соискание учпио!* ст^нгпи кандлдата тоуничпйких паук

Сп i Ч' т - i f о т с р(<у рг 1993

Работа выполнена в Санкт-Петербургском Государственном техническом университете.

Научшй руководитель: технических наук,

доиент Мамутов B.C.; научный консультант: кандидат технических наук, заведующий лабораторией высоких давлений ФТИ АН Беларуси Здор Г.Н.

Официальные оппонента: доктор технических наук, профессор Гаарилов Г.Н.; кандидат технических наук, доцент Напошников И.А.

Ведущая организация: Научно-производственное предприятие

"Завод имени В.Я.Климова" /С.Петербург/.

Защита состоится часов на

заседании специализированного совета Д 063.38.22 в Санкт-Петербургском Государственном техническом университете по адресу: 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29, лабораторно-аудиторнцй корпус, кафедра "МиТОЗД".

С диссерта1|ией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке университета.

Автореферат разослан

ноября 1993 г..

Ученый секретарь специализированного

совета, кандидат технических наук, I у

. ст.н.с. Ю.И.Егоров

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ И УСТРОЙСТВ ВЬ!РУН(И-ПРОБИВ11И ТОЧНЫХ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ТОНКОЛИСТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ ПЛЛСТКЧШкИ СРЕДОЙ С КОМБИНИРОВАННЫМ ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИМПУЛЬСШХ МАПШНЫХ ПОЛЕ!

0БЬ'1АЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работа. Б условиях современного машиностроительного производства перспектишшш представляются технологические процессы, позволяюп^ио уменьпить себестоимость продукции и сократить сроки подготовки производства. В области листовоР шташовкн к таким процессам относятся методы штамповки подвижными средами, в частности полиуретаном. Среди них магнитно-эластоиипульсная иггаютовка /МЗИШ/ обладает рядом преимуществ, связанных с улучшением качества среза и точности деталей при разделительных операциях, по сравнению с традиционными способам) штамповки с использованием полиуретана на кривошипных и гидравлических прессах. Для создания высокооФфективннх технологических процессов МЗИШ требуется точные методики расчета энергосиловнх параметров технологических устройств, которые учитывают реальные нестационарные процессы диффузии »магнитного поля и связанные с ними изменения индуктивности и сопротивления разрядного контура, волновые пронесен распространения давления о пластично!' среде, а также взаимное влияние электромеханических переходит: процессов в элементах технологического устройства. Создание и применение в практике технологических расчетов подобных методик позволит определять параметры технологических уст- ' ро'Чств, обеспечивающих при заданно'! онергоешсости установки максимальную •амплитуду давления в эластичной среде и высокий КПД процесса.

Однако в условиях производства при использовании технологических устройств, особенно имегадих высокий КПД, возможно явление повторного удара за счет большой жесткости элементов технологического устройства, приводящее к смятию тонколистовнх деталей. Поэтому важпкм представляется разработка технологических схем МЗИШ, предотвращающих двокноР удар и возможный Арак деталей. Кроме того, в настоящее время отсутствуют сведения о стабилизации размеров деталей при разделительных операциях с использованием эластичных сред за счет предварительно!' /предоперационной/ обработки заготовки иупульсным гагнитнш полем а также нет данных о воздействии И!.П на остаточные напряжения в отштампованных деталях. Поэтог/у решение указанных проблем является актуальном. Актуальность работы определяете/! также тем, что она выполнена

в соответствии с научно-технической программой ГКНТ 0,72.06 задания 08.

Цель работы. Целью работы является разработка на основе теоретических и экспериментальных исследований научно обоснованных рекомендаций по проектированию аЭДективннх технологических устройств МЭЙВ, а также технологических процессов с комбинированным использованием Ш'Л, обеспечхваюирх снижение брака, повышение точности разделительных операций и создание епюры остаточных напряжений, улучшающей эксплуатационные характеристики деталей.

Методы исследования. Построение расчетных Моделей осуществлялось на основе об»(их уравнения механики сплошой среды и теоретической электротехники. Численные алгоритмы для решения задач на ЭВМ разрабатывались на основе теории разности: схем, методов вычислительной алгебры и анализа. Эдспергаентальнне исследования осуществлялись с привлечением методов планирования экспериментов, теории подобия и размерности, статистической обработки результатов и статистического моделирования. Использовались такие методы физического моделирования магнитного поля, измерения разрядного тока с помощью пояса Роговского, напряженности магнитного .поля индукционными датчиками, параметров импульсного давления в ¡эластичной среде пьезоэлектрическими датчиками.

Научная новизна, Разработана расчетная модель технологического устройства ЮИШ со связным учетом переменных параметров разрядного контура, нестационарной диффузии магнитного поля в металл плоского спирального индуктора и подвижного элемента, а также-волновых процессов в эластичной среде. Модель позволяет определить изменение давления в полиуретане в зависимости от параметров технологического устройства и разрядного контура. При этом использовалась полученная на основе физического моделирования, методов планирования экспериментов, статистического моделирования зависимость ¡электромагнитного усилия плоского спирального индуктора на подвижный элемент от частоты разрядного тока и параметров индукторной системы.

Определены значения параметров технологическогр устройства, обеспечивающие его высокий КПД. Разработан ряд технологических устройств, позволяющих исключить появление повторного удара эластичного инструмента по заготовке. На основе экспериментальных исследований показана возможность уменьшения дисперсии размера вырубленной детали относительно размера матршда-шаблона за счет предвар(тельной обработки металла заготовки ИМП, а также влияние обработки сильным ИМП на оетаточлн напряжения в деталях, '

1>зряботана расчетная модель нестационарной диффузии ИЧГГ в металл в нелинейной постановке с учетом нагрева материала и возиигавду механических напряжений. По результатам расчетов сделана оценка механизма влияния сильного ИШ на изменение свойств металлических гатериалов.

Практическая ценность и промшленная реализация работы. Разработана инженерная методика проектирования гх}фективннх технологических устройств МЭШ, а также технологических схем, предотвращающих двойной удар по заготовке. Разработаны технологические рекомендации по применению комбинироваиннх процессов МЭШ с предварительной обработкой ИШ заготовки, поэголяюи^е повитать точность разделительных операций эластичными среда«! по сравнению с базовыми технологическим! схемам», опробованные при магштно-эластоимпульсной вырубке-пробивке деталей оптических приборов типа лепестков диафрагмы. Разработаны технологические рекомендации по проектированию технологического процесса с использованием воздействия ШЛ1 на поверхностно остаточные напряжения в деталях ответственного назначения.

Публикация и апробашя работы. Основное содержание работы отражено в В печатных работах, а такке п 2-х отчетах по НИР. По гаториолэ!,» работа сделаны сообщения на Всесоюзной конференция "Импульсная обработка металлов"/г.Хорьков, 1990 г./, Республиканской вжоле-оешнррс "Кагштно-ишульсная обработка при изготовлении деталей и узлов из композиционных г'атериалов'Уг. Рига, 1990 г./, научно-техническом семинаре в ЛНДТП "Новие разработки н холодноиталтовочном производстве" /г.С.Петербург, 1991 г./, 5-й научно-технической нснлчц'йнпии "Электрический разряд в гидкости и его применение в промышленности" /г.Николаев, 1992 г./. Работа доложено на научно-техническом семинаре ка^едрн "Изшнм и технология обработки мешллов давлением" ОПбГТУ в 1Р93 г.

Обт-ем работы, Диссертация состоит из пведеиия, пяти пан, т-ьо-дов, списка использованной литератур» и количестве оЗ нлимешовагий, приложений и содертет 106 страниц уатаногшегего текста, 51 рисунок, 2? таблиц.

содря'анкб раготы

Бп ггедении обоснояяня октуягыгеогь рняслчяс.'О!! рвбетн, дто ее КР9ТК0С ссд^ртание, иТ'Ср^угагогчзня гель исслвдопания, ч?.} пюя новизна, практическая генностъ, оснорк'о положения дносрр.и гн, ьп'о-си'.ч'е но па^'иту. '>

В первой главе дай краткий обзор методов осуществления разделительных операций тонколистовых материалов эластичными средами при квазистатическом и импульсном нагруженш. Обоснована высокая ¡эффективность использования МЭИШ при изготовлении сложных по форме, точных деталей из материалов толщиной менее 0,1 - 0,2 мм и фольги.

Отмечена большая роль в развитии теории и технологии импульсной и кшзистатической штамповки эластичными средами ряда научных коллективов городов России, Украины и Беларуси: С.Петербурга, Самары, Тулы, Ростова-на-Дону, Кирова, Чебоксар, Харькова, Мшена и ряда других,

Обоснована необходимость решения связной задачи расчета преобразования электрическое энергии в давление эластичной среды с учетом нестационарных процессов диффузии электромагнитного поля, волновых процессов передачи давления в эластичной среде. Отмечены йозмоэшые пути интенсификации процесса МЭИШ, в частности за счет комбинирован-, ного использования магнитного поля как для создания технологического усилия, так и для воздействия на металл заготовки. Сформулирована цель работы, для достижения которой поставлены следующие задачи исследования :

- в теоретическом плане: разработать расчетную модель, алгоритм численной реализации, программу для расчетов на ЭВМ процесса преобразования электрической анергии конденсаторной батареи установки в давление эластично.': среди с учетом изменения напряженности магнитного поля за счет переходных процессов в разрядном контуре с переменными индуктивностью и сопротивлением, зависящими от процессов нестационарной диффузии магнитного поля в материалы индуктора и подвижного элемента, а также с учетом переходных волновых процессов распространения давления в эластичной среде, нагруженной усилием подвижного элемента; на основе численных расчетов определить область параметров технологического устройства для НОШ, обеспечивающих максимальный КЦЦ процесса; разработать расчетную модель, алгоритм численной реализации и программу для расчета на 5В!Л процесса джЭДузии магнитного поля в металлический проводник с учетом температурной зависимости теплофиаических свойств материала и оценить с ее помощью механизм взаимодействия сильного НМЛ с металлом детали;

- в экспериментальном плане I разработать измерительную систему и прювести эксперименты по оценке корректности расчетных моделей; разработать и отладить измерительный стенд для определения зависимости электромагнитного усилия спирального индуктора на подвижный

элемент от параметров разрядного Контура и индукторной систем! методом! физического моделирования магнитного поля; путем планирования эксперимента, выбора бозрээ;.:ерних кет.гплексор и статистического моде-лирогания определить зависимость электромагнитного усилия от основных параметров процесса; пронести экспериментальные исследования влияния обработки заготовки Г4'Л на точность разделительных операция эластичной средой и на опгру остаточ'.шх непряу.сний;

- с технологическом плане: разработать расчетные методики определения онергосиловых параметров МОП!' применительно к разделительнш операциям; разработать технологические устройства обеспечивлю-

те предотвратите повторного у,пара по зогстооко; разработать технологические процессы комбинированного исполъосмиш И.\Я, обеспечивание погашение точности деталей и создание благоприятно"; рпюри остаточных напряжений; применить технологические разработки в условиях пропл1>-ленного проиэподстла деталей.

Во птороП главе представдени результата (-атет"атичесного моделирования технологического устройства для ."'с!',!" применительно к разделительном сперяниям и экспериментальные исследования по опенке корректности численных расчетов, гя'поянетшх «1« покоси данной расчетной модели. Схема технологического устройства и расчетт,:е cxcf.ni отдельных его элементов предстаплени на рис. I, а. На рис. 1,6 предеталлена эквивалентная схема разрядного контура. При разработке рючетноЯ модели учитывались переходнге процессы ди^'-узни магнитного поля в металл индуктора и подвижного элемента, что пояполило определить эквивалентные сопротивление и индуктивность систем! индуктор - подвил-п.'!'! элемент в записимости от времени пготегшпш процесса:

К-142. - К-Ш

I Кгн (&Ц0 1- ЯиЖвеи + У) /0/

¿.ИП- р р '"Г

~ гСЩ >

где Пи - число ниткой игдуктори; - магнит!«« »{онш-псмость вакуума; уи , уп - проподтс.'.ость иетаг.пп ¡!нд\ >'70| и и<у$гат:юго пле.'.тита соответстоешо} }-/у (%,{,) ~ иг-нрг'г-'-'нсють !"ин:!Т"ого ноля; ¡-¡¿(О) - но п ряж ен.чо с-ть ГЛПМ1110-0 поля и из~.1 -!г;:с>!гс\: г«;чч>г* гс-'гу подяигнгм элементом и ин,'" итогом;

¡но. I. Схема технологического устройства М£Ш« I - плоский спиральный индуктор; 2 - подвижный элемент} 3 - матрица с вкладдаем; 4 - заготовка;

5 - эластичный блок; 6 - контейнер;

7 - подкладка;

а/- расчетные схемы элементов устройства;

б/- эквивалентная электрическая схема разрядного контура.

^IH ~ экспериментально получент-тЛ '?унрщгонал, чарактеризукт-ди отли-Jiie рсяльгоЯ системы ¡тдуктор - подвш-нмГт рлемент от идеал той; А ко - толпзша изоляции; у - перемещение подвижного эло''*нтя; Seu » Sen ~ скин-слон энергии сагнитного поля, огтредрляеьие соотно1»"ич«?ч:

во

$е»,п = ) [Нг(Х,„УНг(0)]2 М,„ , /;v

о

j характеров размер sow, в которой осуществляется ду.сулвв нагрев ■еталла определяется соотнесением:

Л

,-2 (Л11

(,/7

!г;< оточ полагяетст, что ерктор гчпгяхпк-оотч •грппгп ого по,гя г:;сгт

г-пд! до is , ОКБИЛЧДР.ПТИрГТ.;!!-!!'? рк^'.'кт;:¡?mcct;i ¡•¡»стшмгтря

¡•3 условия сохранения ?!"?prs»it агсгфсчгюттипго псля, в «крнга.'.снти-гоечкия сопротивления из условия сохранен!'!? ве-w..-.r- потерь pnepi ин а нагрев,

Слстсг'З углгне?';'-1, 0!7ред;ел!т:т.1л пропоет п; т'глзеяа;;;:!; ггие;~п'п, г.-.гмс<пшо" в коксентагорноЗ (^тагог-, в те «тол эггч^окг« ? да г-г, лика яло-"•ntwirof! сред-* падовалась для "зоатауляг.'^у г«ж»л< п сло'огп^;: г:«к»:

1. Р^р.'-й'яЯ контур:

d(Ll)/dii-HI = U; СсЩ/dt = ~I; /ы

I(0) = Q; Ufo) = U9t /и

r.v ft - R-y + ftun i L =L4+Lun - сшготивле.'.-ле wiytnwwn

ГЧ с у; ."TO"' СГ-^ПТ.т-ЧЧГчу !:' I-' ¡- * H j_j Ц i' i О П' f -

Q.j • ••• , '-.-.тм-'с i ra!'-«;!Cb ........jj^ _ ^ _

-"VO'"' T''V"- r.'ir.TT-- ' '>.'0 !',::"'••:!''.". Т'\'■'"•■'• о;"; i - Г "."i, \ rl.' ,;

то::.

2. iV;1 • "М1 - г о. 7' vs.-

5/4 /'¿Ус = (Э'Н'г/дХу ¡/(¿'о ¿'и) ;

¿м,/-^ - {d'tfjdxfVfa Гп);

,, с : -: ■

/4 <ад -¡а) /сяиг-ы, /9/

а ррличин!' и ХгГ задевались соотношениями:

Ху =(3+5)^1,'>/(Грф>п)' , По,

где То ~ период разрядного тока для случал постоянных величин п и !_,н,п » определяемых по общепринятой методике.

3. Подгипшй элемент - поверхность эластичной среды:

-ГсЦР9(у)М- /п/

У(о) = 0} с/у/с1Ь\^о-0, /12/

где М - масса подвижного элемента, полагаемого абсолютно жестким; Р$(У)~ Л&мшке в эластичной среде.

4. Эластичная среда:

/ *

-МЖ/дХэ ; {[Тхс1{;

/13/

Рэ = КэсФ Э йл/ЭЗ?)™3 ;

Ох ;

граничные условия при = 0;

Рэ(оЛ)>о-, ЭНк/Жэ} Рэ(о,Ь)40,

граничны« условия при Хэ = Нэ:

I/х(Н9,Ь)=0; Рэ(Н*Л)>0;

1У ' к

Злесь Кэс" ''одуль о^т-емного сжатия полиурета.нэ; П90,ГПд - величин

Уогтктргмзуююте влияние скорости иагружения; ,

/14/

/15/

/16/

Э

- начальная и

-г*

тенуидая плотности эластично'." среды соответственно При этом полагалось, что Рэ у) =. Рэ

Решение поставленной зэдгчи осуществлялось численно разностными

методам! не гшм-СВЯ модели 9025В фирми

Для алгоритма численного решения била сделана опенка сходимости, в результате которой определены значения шагов интегрирования и уровни относительных о!Ш1бок, обеспечивание надежную работу программы. Примеры расчета напряженности магнитного поля, характерных размеров зоил затухания электромагнитной энергии и дтоулеьа разогрева, ^аридного тока и давления на границах эластичной среди представлены рис.Я / Уц = 63 х Мб/0м-мГ1; Уп = 39,2 х М6/0и м/"1; ¿у = 1,2 мкГн; £у = 0,3 х Ю~2 Ом; С = 200 мк$; Иа = 7,6 к!); Пи - 13; к.щ = 15 >-•!/; = 65 мм; Ац0 = 0,5 ¡>и; Ьб = 14 [''м! " 3 мм/.

На рис.2,г представлены экспериментальные оспилограмми разрядного тока /2/ и давления /5/, которое позволяют судить о корректности расчетной модели. По сравнению с моделью, используюцей постоянные параметры разрядного контура, также рассмотренной в данной главе, точность прогнозирования параметров разртда и давления в эластичной среде увеличивается в 1,5 - 2,0 раза. Как видно из граЛиков рис. 2,в значения эквивалентных индуктивности и сопротивления систеш индуктор - подвижный элемент изменяются в несколько раз в течении полупериода разряда.

При помои^и данной методики бил осуществлен расчет типового технологического устройства для МЭИМ в области варьирования £ [о,5; 4,0] кг и Н3€. [0,0025; 0,025]м, характерных для применяемых на практике. Показано, что Ш1Д преобразования внергии в данной области может быть увеличен в 4 - 5 раз за счет соответствующего выбора кассы подвижного элемента и толщины эластичного блока. Экспериментальный! замерами давления в эластичной среде показано, что б области наибольшей эффективности преобразования энергии наблюдается явление двойного удара, которое ъ<ожет привести к браку деталей за счет смятия.

В третьей главе представлены методика и1результата! экспериментальных исследований зависимости поправочного функционала, характеризующего отличие электромагнитного усилия реальной индукторной системы и идеальной, от параметров системы плоский спиральный индуктор - подвижный элемент, частоты разрядного тока и определяемого соотношением:

гг

где Н3 ) - усредненная напряженность г/аппитного поля на (¡адиусе

ц спирали индуктор« /рис.1/; НцС-О ~ напряженность магнитного поля идеального индуктори, определяемая соотношением /9/ при условии (¿ХН - Величинами зависит от частоты разрядного тока ^ ,

i i • -wanDi'd: cr-ym.

(,/iiK 1- i;'i-i :• - 0,гъ; - о,СО; 4 - 0,40. «?íi'\: ■ - -и ; - ^ - 'i - ь- э,к>; о, / ' ' ■ / С . - - ?" ?

V т. v.: : - * / Jc ; - R(H»,t);

.-i ; ; i' с г ■' : ^ -Ц10 i «

. гт материалов спирали инцукторн и подпитого ом< "fi'i.i, .-со-'!/« :ч -.т."

lun Д0 , геометрических рвзмеро.ч сникли и е.. r-r.pi и [-.»>:« и.-н ? пределах от 0,1 до 0,95. При час-готах £ [Л; (I ] кГц ,:

«исле витков индуктора , что характер«) .или jcnwdii U Ш.",

*-личина кщ составляет в средней 0,6 - 0,8. Ишхьсни? ircjoricij«:» :<ндукторной системы определялось методами ifuwmeCKoro i

уигнитного поля при подкясчекчи индуктора к источнику еднуиош ¡члгиг токов звуковой частоты на специальном измени с-лпк-м атышг с проы-р-гой результатов моделирования на mi нитно-имнульенса >сгм<оы.«. Измерение напряженности малинного поля осуг.сстнлмлооъ инд^кит-шим датчиком. Сравнение натурных и иодельлкх n»!:efe»ini; noi чалло ччо j хотиаевие результатов не преикгаот ТО - ТЬ

Дяя описания «Тунки:¡спала ¡¿м Сил н:„чЗр'ш слс-дугам вектор • орных комплексов 'А^ •

\3 =(iiao/eit)o~k/eu)nilbs/ill; ям2-ки1, /1,ч/

где Sen» Sen - средние иеличниц оккн-слся мичшгной окергпи npi нестационарной диффузии для гатериадса спирали и подвижного ол»»л«па соответственно. Такой выбор С'езрдзчерлшх парамечрон позволил уч-очничь экспериментальную зависимость впадением асг.мпточиьи: (¡>n} ^ = j при аппроксимации данных. Разработан и реализован план эясньримеша, который обеспечил гариаци» безразмерных комплексов в пределам: А<ЯГ,13; 3,70],Лма€ [0,П5; 0,77], Лнъ£ [о,Й?{ 0.50J. Инварюнтность безразмерных параметров в пространстве размерных «{акторов оценивалась сопоставлением величин Кщ , получение при jubhijx значениях /Tw с разным набором размерных переменных.

Статистическая обработка данных и моделирование осуществлялись на ЭВМ. На этапе, предшествующем регрессионному анализу, nj»менялся комплекс статистических методов анализа для опенки значимости рая.\ч-р-1шх' и безразмерных факторов, необходимого числа повторений в точке плана, нормальности закона распределения. В ходе готового линейного регрессионного анализа получен ряд регрессионных зависимостей ^„(А^). Зависимость, адекватная экспериментальным данным с минимальным количеством коэффициентов, имеет вид:

-f-C>30i Ям^ffOiЛ«э~Q /ро/

Средняя погрешность аппроксимации щж этом менее S

fi четвертой главе на основе результатов теоретических и экспериментальных исследований разработаны практические рекомендации по проектированию технологических процессов МЗИИ и реализации их в заводских условиях. Рассматриваются характерные задачи, с которыми сталкиваются заводские технологи: определение возможности получения детали ня имеют,емся конкретном оборудовании; разработка технологического процесса получения конкретной детали; обеспечение качества изделий. На разных этппях решения этих технологических задач используются следующие результаты исследований: расчетная модель эффективного технологического устройства; экспериментальная зависимость электромагнитного усилия плоского спирального индуктора от параметров системы; рекомендации по конструировгнию технологических устройств, предотвращающих повторный удар по заготовке; оценка влияния предварительной обработки И'чП металла заготовки на точность разделительных операций;'опенка воздействия ИГЛ па перераспределение поверхностных остаточных напряжений.

В данной главе представлено описание ряда технологических уст -ройсгв, предотврампюцих повторный удар эластичного инструмента по детали, в которых избыток кинетической энергии устройства демпфируется за счет сил трения, упругости, инерции, совместного использования сил инерции и олектром-мпштного демпфирования.

В этой »о глава приведены методика, результата исследований и технологические рекомендации по использованию ИШ для повышения точности разделительных операций эластичными средами для пружинных материалов, используемых при производстве деталей оптической аппаратуры: ленты из стали У8.А и бориллисьой бронзы ЕрБ2. Заготовки предварительно обрабатывались И!,31 напряженностью 5-20 Ш/к, характерной для большинства технологических процессов МЭИ!Л. Установлено, что после такой обработки дисперсии отклонения размера вырубленной детали от размера инструмента уменьшается в среднем в 1,5 - 2,0 раза. Для деталей, изготавливаемых с 7-м или 6-м квалитетом точности предоперационная обработка ü;.;il уменьшает поле допуска на размер) в сред,ном на 25 - 40 Jí.

Роз$ябот<ч|1' технологические процессы и получены в производственных услолнях методом ;гж И деталей различного назначения.

Г) пятой главе предетанленн нотоднка м розульчгтн эксперименталь-Hirx иссл»»логтп»1 воздействия обработки сильным И.М1 на эпюру поверхностных ость точных нспрякпшй в металлических деталях, а также ряс-чгтчля и т' г у.» i-TfcTii численных faene; он взаимог.рйстат импуль-

сных •w»r."tiTv |тг..гг:> г. !'м: ллами, по ¡ е пульта там которнх дана опенка !■,"••':!,:, i •• . •<•• i (¡4 ",'i! i птгого поля 11 ч металлы.

Исследование влияния ИГ,Я на остаточние напряжения проводилось для стали ЭИ961 и титанового сплава ВТО. Термообработашше образцы с уровнем остаточных напряжений по модулю, не превышающему 5-10 Ша, подвергались дробеструйной обработке для создания, в приповерхностном слое сжима ицих остаточных напряжений порядка 0,5 предела текучести материала. После этого образцы обрабатывались Ш1 как в частотном ре-яшме, так и в режиме одиночных импульсов, с напряженностью магнитного поля в пределах На<= [0,4! 3,3] МЛ/м, что обеспечивалось использованием в качестве генератора импульсных токов индукционного накопителя. Измерение остаточных напряжений осуществлялось методом послойного стравливания. Обработка результатов измерений, проводившаяся с привлечением методов статистического анализа, tioitiVj.Ua високув значимость влияния обработки 1'Ш на изменение эпюры остаточных напряжений. Так сжимащие остаточные напряжения на поверхности образцов из сплава ВТ8 увеличиваются в среднем в 5 раз, в зависимости от режима обработки. Увеличение максимума сжнмаюцих остаточных напряжении достигает 45 55 по сравнению с образцами после дробеструйной обработки. Для стали ЭИ961 напряжения на поверхности изменяются незначительно, по при этом происходит увеличение максимального сжимащего остаточного напряжения до 45 На глубину перехода сжимающих остаточних иапршений в растя-гивящие обработка Ш7 влияния не оказывает.

Для анализа влияния ИКП на свойства материала была разработана расчетная модель диффузии сильного ИШ в проводящее полупространство, учитывающая изменение тепло(Тизическнх свойств металла при его разогреве. Представленная методика расчета путем совместного решения задач диффузии магнитного поля, теплопроводности и механических колебаний с учетом зависимостей линейной термоупругостк позволяет определить ■ основные характеристики процесса, иэменяюи^еся как вглубь материала, тан и во времениI напряженность магнитного поля, темпе}>атуру, плотность вихревых токов, механические напряжения. Учет изменения тепло-физических характеристик при нагреве металла вихревыми чеками обуславливает нелинейность поставленной задачи. Програмная реализация алгоритма осуществлена на язике для ЕЕ.! ЕС-1066.

' Как показали результаты численных расчетов, для использованных режимов обработки, температура разогрева образца не превышает десятков градусов, уровень механических напряжений в несколько раз ниже предела упругости материала, плотность же вихревых токов достигает величины дорядш 10® А/?.!2. Таким образом, э рамках механики сплошной

среди магнитные поля исслодотшгой напряженности оказать влияния на изменение свойств металла не могут. Это позволяет предположить, что на изменение свойств оказывает влияние высокая плотность тока через ряд »'цкрофиалческих процессов, обусловленных неоднородностью материала и его состоянием.

Результаты исследований по влиянию сильных ИЩ на эпюру остаточных напряжений планируются к использованию при производстве деталей ответственного назначения.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Разработана кодель расчета давления в эластичной среде в зависимости от параметров разрядного контура и технологического устройства, использутаря п связном виде уравнения разрядной пепи с переменными индуктивностью и сопротивлением, нестационарной диффузия магнитного поля в металл индуктора и подвижного элемента, переходных ,>/охзшчес-ких процессов системы подвижный элемент - пластичная срода и волновых процессов в эластичной среде. С использованием разностных методов раз-габотан численный алгоритм решения, реализованный в виде, программы

на ОВМ и сделана опенка сходимости вычислительного процесса.

2. Сопоставление данных расчетов с экспериментом по параметрам давления и газрядиого тока показало, что точность прогнозирования этих параметров увеличивается в 1,5 - 2,0 раза по срагнению с результатом! расчетов с использованием модели о постоянными индуктивностью и сопротивлением,

3. Расчетами с использованием данной модели показано, что КПД типового технологического устройства для МШ'1 может быть увеличен

п 4 - 5 раз за счет соответствующего выборе массы подвижного элемента и толвднн эластичного блока.

4. Яксгтеркгентельннм исгледогянием магнитного поля системы плоски;"; спиральный индуктор - подпиляшй олемент, путем Физического моделн-гот^ния процессе станконарнь'м синусоидальным током н корректировки гезугьтатоп но натурно;': установке выявлено, что параметры эпюры квад-гма цащ-л^енпссти магнитного поля рпельноП системы отличаются в сре-лнем нз {'0 - ;5 от яа[акстрое идеальной системы.

5. ,'.'ею,дг"1! гшширошав«г егсщяиенга и статистического модели-ьния ппгл'га эмпирическая оагапичость Аупкдаокала, характг.ривув-

г-то отлип:?? '«-лльно/ ил игорной сизтемк ст идеально:!, от чистоты г«!.-»!-. ;!1цч. юге и пе;й'-отгпа гистс:.зд плоский спиральный индуктор -1

подвижный элемент. Да! тая зависимость использовина при ¡израо'отке модели расчета давления в эластичной среде технологического устройства МЭИИ.

6. Результатами измерения давления в эластичной среде показано, что з области эффективного преобразования энергии возыояшо явление повторного удара эластичного блока по детали, которое мохет привести к смятию изделий из тонколистовых материалов и фольги.

7. Разработан ряд технологических устройств для разделительных операций МЭИШ, демпфирующих повторный удар эластичного инструмента по детали за счет сил упругости, инерции, трения, совместного использования электромагнитного демпфирования и сил инерции, позволяющих в области аффективного преобразования энергии избежать едагш изделий.

8. Экспериментальными исследованиями показана возможность повышения точности разделительных операций тонколистовых нагартованнш материалов У8А и ЕрВ2 эластичными средами Ьутеи использования ПШ для предоперационной обработки металла заготовки. При этом происходит уменьшение дисперсии размеров вырубленной детали от размеров инструмента в среднем в 1,5 - 2,0 рана. Для деталей, изготавливаемых с 7-м или 8-м квалитетом точности подобная обработка уменьшает поле допуска на размер изделия в среднем на 25 - 40

9. Экспериментально исследовано влияние iff.II на остаточные напряжения в стали ЭИ961 и сплаве ВГ8, возникшие после поверхностно-пластического ^6^3Юр«ир.тЯВьшвлено, что вследствии обработки 11Ш максимальные сжимающие остаточные напряжения в приповерхностном слое увеличиваются до 45 % в зависимости от режима обработки. Для сплава ВТ8 наблюдается увеличение напряжений сжатия на поверхности в среднем

в б раз по сравнению с материалом, не обработанным ЮТ.

10. Разработана расчетная модель диффузии магнитного поля в металл с учетом нагрева материала вихревыми токами, учитывающая температурную зависимость теплофизических характеристик металла и позволяющая оие-нить уровни вихревых тонов, температуру и механические напряжения в . поверхностном слое. Результаты численного расчета показали, что для использованных режимов обработки разогрев материала не превышает десятков градусов, механические напряжения не выше предела упругости, плотность же вихревых токов достигает порядка 10е А/м^, что может повлиять на свойства металла через шкрофизические процессы, обусловленные высокой плотностью тока.

11. На основе проведенного теоретического и экспериментального моделирования технологического устройства МЭЙ1И, а также

с использованием результатов по исследованию воздействия ИШ на точность разделительных операций эластичными средами разработаны инженерные методики проектирования технологических процессов и устройств МЭИШ применительно к разделительным операциям получения деталей из тонколистовых материалов и фольги.

ОСНОВНЫЕ ПОЛО.ШШ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В РАБОТАХ» '

/

I. Вагин В.А., Верещагин П.В., Манаенков С.А,, Чихаев Б.А. Упрогапннат модель расчета процесса импульсной раздачи цилиндрических оболочек. - 8 кн. ; й/пульсная обработка металлов. - Харьков, 1990, с. ПО.

?.. Рябинин А.Р., Келестеев A.M., Верещагин П.В. Оценка величины максимального давления при свободной формовке импульсным нагружением/ Магнитно-импульсная обработка при изготовлении деталей и узлов из композиционных материалов: Тез, докл. Республиканской школы-сешнара, Куйбышев - Rira, 1990, с. 25 - 27, \

3. Верещагин П.В,, Гиндин В.В., Дштриенко М.А., Мамутов B.C. Магнитно-эластоимпульсная штамповка тонколистовых материалов/Новые разработки в холодноштамповочном производства: Материалы научно-технического семинара.- Л.! ЛВДШ, 1991, с. 42 - 43. <

4. Верещагин П.В., Здор Г.Н., Мартов B.C. Расчет' взаимодействия сильных импульсных магнитных полей с металлами в нелинейной постановке/Электрический разряд в жидкости и его применение в промышленности: Тез. докл. 5-й научно-технической конференции. Николаев, 1992, с.138.

5. Верещагин П.В., Мамутов B.C., Третьяков A.M. Математическая модель даЧузии сильного нестационарного импульсного магнитного поля в металлический проводник/Юбилейная научно-практическая конференция. Алт. политехи, ин-т им.И.И.Ползунова. Барнаул. 1992, с. 123.

6. Расчет взаимодействия сильных импульсных пульсирующих магнитных полей с металлами/Вере1цагин П.В., Здор Т.Н., (,!аыутов B.C., Омаров Ш.А.: Ленингр. техн. ун-т. JI., 1992.- 28 с, Fyc.-Деп. в ВПНИТЭМП, № 45-MI1I92.

7. Экспериментальное исследование электромагнитного усилия плоского спирального индуктора. /Верещагин П.В., Дштриенко М.А., Мамутов B.C., Омаров Ы.А,, Соловьев Д.В.: Ленингр. техн. ун-т. Л,, 1993. -15 с. Рус.-Деп. в ИШИТОМР, IP ?.3-мш93.

8. Вг.ргнгпш П.В., Здор Г.Н., Мамутоп B.C. Воздействие импульс-