автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.05, диссертация на тему:Технологии холодной штамповки крупногабаритных полусферических тонкостенных днищ из анизотропных материалов

На прш,а\ р\ коти, н

г-

-с <с

Поликарпов Ишемии Юрьевич

ТЕХНОЛО! ИИ ХОЛОДНОЙ ШТАМПОВКИ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ПОЛУСФЕРИЧЕСКИХ ТОНКОСТЕННЫХ ДНИЩ ИЗ АНИЗОТРОПНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Специальность 05 03 05 - Технологии и машины обработки давлением

АВТОРЕФЕРАТ

диссертаиии на соискание ученой степени кандидата технических наук

I УЛА 2006

Работа выполнена на кафедре «Механика пластического формоизменения» в ГОУ В ПО «Тульский государственный университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Яковлев Сергей Сергеевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Семенов Евгений Иванович; доктор технических наук, профессор Кухарь Владимир Денисович

Ведущая организация- Федеральное государственное унитарное

предприятие «ГНПП «Сплав» (г. Тула)

Защита состоится « » июня 2006 г. в 14 час. на заседании диссертационного совета Д 212.27! 01 при ГОУ ВПО «Тульский государственный университет» (300600, г. Тула, ГСП, просп. им. Ленина, д. 92, 9-й корп., ауд. 101).

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

Автореферат разослан « » мая 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

А.Ь. Орлов

/.0&6А

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Проблемой машиностроения является повышение эффективности технологических процессов производства с обеспечением высоких эксплуатационных характеристик изделий. Это актуально и для ракетно-космической техники, и для других отраслей промышленности.

Типовыми конструкциями изделий этих производств являются корпусные оболочки из листовых заготовок (обшивки отсеков, топливные баки различных форм и размеров, баллоны хранения газов и др.). Эти конструкции требуют применения высокопрочных материалов, трудоемки в обработке. Для этих целей используются специальные титановые и высокопрочные алюминиевые сплавы.

Качество обработки влияет на тактико-технические характеристики изделий и их надежность. Трудоемкость производства в настоящее время велика и составляет 70 ..80 % общей трудоемкости изделия. При этом требуется парк оборудования различного назначения: прессового, сварочного, для электроэрозионной и механической обработки, сборочных стапелей и др.

Методы технологической обработки на базе резания, сварки, соединения клепкой, сваркой, пайкой не всегда обеспечивают требуемый уровень качества. Качество определяется удельной прочностью изделий, точностью геометрии форм, герметичностью, коррозионной стойкостью, уровнем повреждаемости материала на стадиях обработки. При этом не маловажен расход основных материалов и трудоемкость производства

Прокат, используемый для процессов холодного и изотермического деформирования, как правило, обладает анизотропией механических свойств, которая зависит от физико-химического состава сплава, технологии его получения и температуры обработки. Анизотропия механических свойств заготовки оказывает существенное влияние на силовые, деформационные параметры процессов обработки металлов давлением, на качество получаемых изделий.

Технологические режимы обработки определяют степени формообразования, влияют на устойчивость деформаций, развитие несплошности материала и возможное разрушение Они формируют качество изделий, что связано с анизотропией механических свойств, упрочнением материала, локальной потерей устойчивости заготовки и т.д.

Решение этой народнохозяйственной задачи может быть достигнуто за счет максимального использования внутренних резервов деформирования материала путем создания научно обоснованных технологий штамповки, учитывающих анизотропию механических свойств, упрочнение материала заготовки, термомеханические режимы формоизменения и другие особенности процессов обработки металлов давлением.^

Работа выполнена в соответствии с заказами Российского космического агентства, Департамента ракетно-космической промышленности Российской Федерации, с научно-технической программой «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» Минобразования Российской Федерации, грантом Президента РФ на поддержку ведущих научных школ на выполнение научных исследований (грант № НШ-4190.2006.8), грантом РФФИ «Исследование закономерностей пластического деформирования изотропных и анизотропных упрочняющихся материалов при обработке давлением» (№ 05-01-96705) и научно-технической программой Министерства образования и науки Российской Федерации «Развитие научного потенциала

1'0С НЛ'.Ш'ШЛЛЬНЛЯ

ьн&л;няьк\

С.-Петербург

оэ гоо^лкт №

высшей школы (2006-2008 гг.)» (проект № РНП 2.1.2.8355 «Создание научных основ формирования свойств изделий общего и специального назначения методами комбинированного термопластического деформирования материалов»).

Цель работы. Повышение технологичности холодной штамповки крупногабаритных полусферических тонкостенных дниш из анизотропных материалов путем обоснования режимов обработки, обеспечивающих снижение металлоемкости, трудоемкости изготовления, сокращения сроков подготовки производства и повышения их эксплуатационных характеристик на основе прогрессивных технологических решений и условий их реализации.

Для достижения указанной цели в работе были поставлены и решены следующие задачи исследований:

1. Создать математические модели первой и многоступенчатой вытяжек осесимметричных деталей из высокопрочных трансверсально-изогропных материалов применительно к изготовлению полусферических деталей.

2. Разработать основные уравнения и соотношения для анализа напряженного и деформированного состояний, силовых режимов и предельных возможностей формоизменения рассматриваемых процессов формообразования.

3. Выполнить теоретические и экспериментальные исследования первой и многоступенчатой вытяжек осесимметричных деталей из трансверсально-изотропных материалов.

4. Установить влияние технологических параметров и геометрии рабочего инструмента глубокой вытяжки на силовые режимы, предельные возможности пластического формоизменения и формирование показателей качества механических свойств материала цилиндрических деталей (степени использования ресурса пластичности и однородности механических свойств).

5. Выявить влияние кристаллографической текстуры на коэффициент нормальной пластической анизотропии гексагональных плотноупакованных (ГПУ) металлов.

6. Исследовать изменения текстуры многопереходной вытяжки полусферических днищ из листов титанового сплава ПТ-ЗВкт.

7 Разработать рекомендации по выбору научнообоснованных технологических параметров многоступенчатой вытяжки осесимметричных деталей из высокопрочных анизотропных материалов.

Методы исследования. Теоретические исследования процессов глубокой вытяжки осесимметричных деталей выполнены с использованием основных положений механики деформируемого твердого тела и теории пластичности жесткопластического анизотропного тела; анализ напряженного и деформированного состояний заготовки в исследуемых процессах формоизменения осуществлен численно методом конечно-разностных соотношений с использованием ЭВМ путем совместного решения дифференциальных уравнений равновесия, уравнения состояния и основных определяющих соотношений при заданных начальных и граничных условиях. Предельные возможности формоизменения исследуемого процесса деформирования оценивались по максимальной величине растягивающего напряжения на выходе из очага пластической деформации и степени использования ресурса пластичности.

Экспериментальные исследования выполнены с использованием современных испытательных машин (Р-5 и ГМС-50) и регистрирующей аппаратуры; обработка опытных данных осуществлялась с применением методов математической статистики.

Автор защищает математические модели первой и многоступенчатой вытяжек осесимметричных деталей из высокопрочных трансверсально-изотропных материалов; результаты теоретических и экспериментальных исследований изменения напряженного и деформированного состояний, силовых режимов, предельных возможностей формоизменения, механических свойств и степени использования ресурса пластичности заготовки на первой и последующих многоступенчатых вытяжках осесимметричных деталей; выявленное влияние кристаллографической тсьстуры на коэффициент нормальной пластической анизотропии ГПУ металлов, результаты экспериментальных исследований по изменению текстуры мнотопереходлой штамповки-вытяжки полусферических днищ из листов титанового сплава ПТ-ЗВкт; алгоритмы и пакеты прикладных программ для ЭВМ по расчету технологических параметров глубокой вы-тяжьи осесимметричных деталей, а также '¡ехнологический процесс изготовления полуфабрикатов полусферических шгановык и алюминиевых днищ из ти-1ано,юю сплава ПТ-ЗВкт и алюминиевого сплава А5М, обеспечивающих эксплуатационные требования и снижение трудоемкости их изготовления.

Научная новизна.

Выявлены закономерности изменения напряженного и деформированного состояний, силовых режимов, предельных возможностей формоизменения, механических свойств и степени использования ресурса пластичности заготовки в зависимости от технологических параметров и геометрии рабочего инструмента, устовий трения на контактных поверхностях рабочего инструмента и за'отовки, дачпения прижима на основе разработанных математических моделей первой и многоступенчатой вытяжек осесимметричных деталей из высокопрочных трансверсально изотропных материалов применительно к изготовлению полусферических деталей

Достоверность результатов обеспечена обоснованным использованием теоретических зависимостей, допущений и ограничений, корректностью постановки задач, применением известных математических методов и подтверждается качественным и количественным согласованием результатов теоретических исследований с экспериментальными данными, а также практическим использованием результатов работы в промышленности.

Практическая значимость. На основе выполненных теоретических и экспериментальных исследований разработаны рекомендации и создано программное обеспечение для ЭВМ по расчету технологических параметров процессов глубокой многоступенчатой вытяжки без утонения стенки крупногабаритных осесимметричных деталей из анизотропных высокопрочных материалов.

Реализация работы. Разработаны технологические процессы изготовления полуфабрикатов полусферических днищ из тонколистового титанового ПТ-ЗВкт и алюминиевого А5М сплавов, удовлетворяющих техническим условиям эксплуатации (необходимому уровню прочности, коррозионной стойкости и герметичности в заданных условиях), которые внедрены в опытном производстве на ЗАО «ЗЭМ РКК им. С.П. Королева». Новые технологические процессы обеспечивают: увеличение удельной прочности (раз) - 1,5 ... 1,7; уменьшение массы (раз) - 1,5; снижение трудоемкости (раз) - 2...3; увеличение коэффициента использования материала, (с/до) - 0,3/0,9.

Отдельные результаты исследований использованы в учебном процессе ГОУ ВПО «Тульский государственный университет» при подготовке бакалавров по направлению 150400 «Технологические машины и оборудование» и ин-

женеров, обучающихся по направлению 150200 «Машиностроительные технологии и оборудование» специальности 150201 «Машины и технолошя обработки металлов давлением» и включены в разделы лекционных курсов «Новые технологические процессы и оборудование» и «Механика процессов пластического формоизменения», а также использованы в научно-исследовагсльской работе студентов, при выполнении курсовых и дипломных проектов

Апробация работы. Результаты исследований доложены на ХШ Всероссийской научно-технической конференции по тепловой микроскопии ^Структура и прочность материалов в широком диапазоне температур/) (Каунас, 1989 г.); на XI Уральской школе металловечов-термиотов «Проблемы металло ведения и термической обработки сгалей и сплавов» (Свердловск-Пермь, 1989 г.); на Международной научно-технической конференции «Механика пластического формоизменения. Технологии и оборудование обработки материалов давлением» (Тула: ТулГУ, 2004 г.); на международной научно-технической конференции «Прогрессивные методы и технологическое оснащение процессов обработки металлов давлением» (СПб.: БГТУ <Военмех<> им. Д Ф. Устинова, 2005 г.), а также на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Тульского государственного университета (Тула, 2004 - 2005 гг.).

Публикации. Материалы проведенных исследований отражены в 12 печатных работах объемом 3,5 печ. л.; из них авторских - 2.9 печ л.

Автор выражает глубокую благодарность д-ру гехн наук, прсф. С.П. Яковлеву за оказанную помощь при выполнении работы, критические замечания и рекомендации.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения и четырех разделов, заключения, списка использованных источников из 151 наименования, 3 приложений и включает 101 страницу машинописного текста, 73 рисунка и 8 таблиц. Общий объем - 164 страницы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность рассматриваемой проблемы, ее научная новизна, практическая ценность работы, приведены положения, выносимые на защиту, и краткое содержание разделов.

В первом разделе изложено современное состояние теории и технологии изготовления цилиндрических заготовок и изделий методами глубокой вытяжки, рассмотрены существующие методы анализа процессов обработки металлов давлением, показано влияние начальной анизотропии механических свойств исходного материала на технологические параметры процессов глубокой вытяжки осесимметричных и цилиндрических деталей Обоснована постановка задач исследований.

Значительный вклад в развитие теории пластичности и методов анализа процессов обработки металлов давлением, теории вытяжки цилиндрических полуфабрикатов из изотропного и анизотропного материалов и их применения в промышленности внесли Ю.А. Аверкиев, А Ю. Аверкиев, Ю.А. Алюшин, Ю.М. Арышенский, A.A. Богатов, В.Д Головлев, Ф В. Гречников, С.И. Губкин, Г .Я. Гун, Ю.И. Гуменюк, Г А. Данилин, Г.Д. Дель, В А. Демин, A.M. Дмитриев, Г. Закс, В.А. Жарков, A.A. Ильюшин, А.Ю Ишлинский, Ю Г Калпин, Л.М. Ка-чанов, B.J1. Колмогоров, В.Д. Кухарь, H.H. Малинин. В С. Мамутов, А.Д. Мат-

веев, О.Л. Мельников, И.А Норицин, А.Г Овчинников, В.А. Огородников, Е.А. Попов, Ю.Н. Работнов, И.П Ренне, В П Романовский, К.И. Романов, Ф.И. Рузанов, А.И. Рудской, Г. Свифт, Е.И. Семенов, E.H. Сосенушкин, Л.Г. Степанский, А.Д. Томленов, Е.П. Унксов, Р. Хилл, В.В. Шевелев, Л А. Шофман, В.Н. Чудин, С.П. Яковлев и др.

В исследованиях этих ученных разработаны и усовершенствованы методы анализа процессов пластического формоизменения, даны примеры их применения к анализу деформирования листовых и цилиндрических заготовок.

По результатам проведенного обзора работ установлено, что в настоящее время при анализе технологических процессов обработки давлением анизотропных металлов учитывается в основном начальная анизотропия механических свойств. Наибольшее распространение среди теорий пластичности орто-тропного материала при анализе процессов обработки металлов давлением нашла теория течения анизотропного материала Мизеса — Хилла. Мало внимания уделяется в научно-технической литературе исследованиям напряженного и деформированного состояний заготовки при многооперационной вытяжке ступенчатых осесимметричных деталей из анизотропного материала. Не решен широкий круг вопросов, связанных с проектированием технологических процессов многооперационной выгяжки ступенчатых осесимметричных деталей и определением рациональных условий ведения этих процессов, обеспечивающих изготовление изделий заданного качества.

Проблема повышения качества и точности цилиндрических деталей остро стоит перед всеми предприятиями, которые имеют листоштамповочное производство.

Во втором разделе приводятся основные уравнения и соотношения, необходимые для теоретического анализа напряженного и деформированного состояний заготовки, силовых режимов и предельных возможностей формоизменения на первой и последующих вытяжках ступенчатых осесимметричных деталей.

Материал принимается несжимаемым, ортотропным, для которого справедливы условие текучести Мизеса - Хилла

2/(ау) = F(oy - ctz)2 + G( аг - а*)2 + Н(ах - оу)2 +

+ 2Lz2yz + 2Mx22X + 2NT2xy = ] (1)

и ассоциированный закон пластического течения

<ky=dKT~* (2)

где F, G, Н, М, N - параметры, характеризующие текущее состояние анизотропии; ау - компоненты тенюра напряжений в главных осях анизотропии; dz¡j - компоненты приращения тензора деформаций; dk - коэффициент пропорциональности (х, у, г - главные оси анизотропии).

Параметры анизотропии F. G, Н, L, М, N связаны с величинами со-иротивления материала пластическому деформированию известными соотношениями.

Величины коэффициентов анизотропии листовых материалов , /^с и /?90 могут быть вычислены через параметры анизотропии /• /'},!! и N следующим образом:

Я0 = Я/С; Л90 = Я//7; Л45 = -Ч(\7^)/(1 + С/^). (3)

Величина сопротивления материала пластическому деформированию сг6 описывается зависимостью а5 =<Уо2 + , гДе " - константы материала; сто 2 - условный предел текучести материала; е, - величина интенсивности деформаций, которая определяется по известному соотношению, предложенному Мизесом - Хиллом.

Величина повреждаемости материала при пластическом формоизменении по деформационной модели разрушения гае вычисляется по формуле

е1 Иг

= (4)

О е'"Р

где о/о,) - предельная интенсивность деформации, о = (<3)+02+аз)/3 -среднее напряжение; О), 02 и 03 - главные напряжения; ст, - интенсивность напряжения.

В зависимости от условий эксплуатации или последующей обработки изготавливаемого изделия уровень повреждаемости не должен превышать величины х, т.е.

сое<х. (5)

При назначении величин степеней деформации в процессах пластического формоизменения в дальнейшем учитывались рекомендации по степени использования запаса пластичности В.Л. Колмогорова и А А Богатова, согласно которым для ответственных деталей, работающих в тяжелых условиях и подвергающихся после обработки давлением термической обработке (огжигу или закалке), допустимой величиной степени использования запаса пластичности следует считать х=0,25, а только для неответственных деталей допустимая степень использования запаса пластичности может быть принята "/ ~0,65.

Величина предельной интенсивности деформации для грансверсально-изотропного материала находится по выражению

£епр =^ехр

(6)

где П, и - константы материала, определяемые в зависимости о г рода материала согласно работам В.Л. Колмогорова и А.А Богатова и уточняемые на основании опытов на растяжение образцов в условиях плоского напряженного состояния в зависимости от анизотропии механических свойств трансверсаль-но-изотропного тела.

Третий раздел посвящен теоретическим и экспериментальным исследованиям силовых и деформационных параметров первой и многооперационной вытяжки ступенчатых осесимметричных деталей без утонения стенки в ради-

альных матрицах начапьно-трансверсально-изотропного упрочняющегося материала.

На ЗАО «ЗЭМ РКК «Энергия» им. С.П. Королева» разработан и внедрен принципиально новый технологический процесс штамповки - вытяжки тонколистовых (1.. .4 мм) осесимметричных деталей типа днищ с применением метода ступенчатого набора металла, осуществляемый в универсальных сборных { переналаживаемых штампах (УСПШ) с последующей окончательной прессовой

формовкой или калибровкой взрывом. Первой операцией по данному технологическому процессу является вытяжка без утонения стенки с ограничением или без ограничения высоты заготовки.

Рассмотрена первая операцию вытяжки (без утонения стенки) трансвер-сально-изотропного материала с прижимом через радиальную матрицу со степенью деформации у = 1 - тсц, где - коэффициент вытяжки; m¿\ = dj Dq ; d\=2t\\ z - величина одностороннего зазора между пуансоном и матрицей (рис. 1 и 2).

Рис. 1. Схема к теоретическому анализу первой стадии процесса вытяжки через радиальную матрицу

N4 «0 N \ \ N

\ RK <21

16

-ч—

[ У' z \ )Т?/<- \ie. /

R.,

Рис. 2. Схема к теоретическому анализу первой операции вытяжки на радиальной матрице

Материал принимается несжимаемым, трансверсально-изотропным, изотропно-упрочняющимся, для которого справедливы условие текучести Мизеса -Хилла (1) и ассоциированный закон течения (2).

Предполагается, что процесс вытяжки протекает в условиях плоского напряженного состояния. Очаг пластической деформации разбивается на характерные участки (1а, 16, и 1в). На контактных границах реализуется закон трения Кулона.

Меридиональные сгр и окружные ад напряжения на характерных участках очага пластической деформации определяются путем численного решения (методом конечных разностей) приближенных уравнений равновесия совместно с условием пластичности при граничных условиях в напряжениях.

Установлены влияние технологических параметров (степени деформации, геометрических характеристик инструмента, условий трения на контактных по-

верхностях рабочего инструмента и заготовки, радиуса закругления матрицы) на силовые режимы процесса (силу, напряжение в стенке заготовки) и предельные возможности формоизменения.

Силовые режимы первой операции вытяжки исследовались применительно к изготовлению крупногабаритных деталей ракетно-космической техники (й0 > 1500...2000 мм) в зависимости от коэффициентов вытяжки т^, радиуса закругления матрицы , условий трения на контактных поверхностях рабочего инструмента и заготовки цд/, а также давления прижима q для ряда листовых материалов различной исходной толщины , механические свойства которых приведены в работе [И].

Установлено, что относительная величина силы Р существенно зависит от коэффициента вытяжки т. С уменьшением его относительная величина относительной силы Р - Р/^щя^р^) растет. Увеличение радиуса матрицы оказывает существенное влияние на изменение силовых режимов вытяжки при небольших значениях коэффициентов вытяжки пу\. Так, увеличение относительного радиуса матрицы с 4 до 20 при тд\ =0,8 приводит к росту силовых режимов более чем в 2 раза. Установлено, что с ростом коэффициента трения на матрице величина относительной силы Р возрастает. Влияние коэффициента трения на контактной поверхности матрицы и заготовки цду усиливается с уменьшением коэффициента вытяжки . Увеличение давления прижима д сопровождается ростом силовых режимов вытяжки.

Предельные возможности деформирования на первой операции вытяжки определялись на всем протяжении деформирования и устанавливались путем численных расчетов по максимальной величине радиального напряжения на выходе из очага пластической деформации (первый критерий), которая не должна превышать величину сопротивления материала пластическому деформированию в этом направлении с учетом упрочнения и допустимой степенью использования ресурса пластичности (второй критерий).

Анализ результатов расчета показывает, что с ростом относительного радиуса закругления матрицы Лд/, уменьшением давления прижима и коэффициента трения на контактной поверхности заготовки и рабочего инструмента цМ предельный коэффициент вытяжки т^р снижается.

Установлено, что увеличение нормального коэффициента анизотропии /? с 0,2 до 2 приводит к уменьшению значения предельного коэффициента вытяжки т^пр в 1,25 раза.

Рассмотрена многооперационной вытяжка ступенчатых осесимметрич-ных деталей из анизотропного материала (рис. 3).

Сущность метода ступенчатого набора состоит в следующем [12]- для устранения утонения стенок применяется предварительный набор металла, осуществляемый в штампах, выполняемых с обязательным обеспечением степеней вытяжки (коэффициента вытяжки), свойственных штампуемому металлу; устранение радиального гофрообразования осуществляется путем применения каскада цилиндрических ступеней набора металла, по геометрии близкого к

контуру вписанного радиуса днища; в предвари (ельных операциях набор металла осуществляется не полностью (для сферических днищ - около 95 %, для торовых - 90 % расчетной заготовки). Недостающее количество металла в наборе восполняется в процессе окончательной вытяжки дотяжкой из фланца.

Рассмотрим вопрос о распределении напряжений на последующих операциях вытяжки ступенчатой детали заключительного этапа деформирования в радиальной матрице (рис. 3) с коэффициентом вытяжки т^ =гп/гп_\.

На заключительном этапе деформирования очаг пластической деформации состоит из трех участков: горообразного (участок 1), контактирующего со скругленной кромкой прижима, плоского (участок 2) в промежутке между торооб-разными участками и торообразного (участок 3), контактирующего со скругленной кромкой матрицы.

Материал заготовки принимаем несжимаемым, трансверсально-изотропным, подчиняющимся условию пластичности Мизеса - Хилла (1) и ассоциированному закону пластического течения (2).

Меридиональные ор и окружные ад напряжения на участке 1 определя ются путем решения приближенного уравнения равновесия

с1а р стр(1 + /)-сте

Рис. 3. Схема к анализу напряженного состояния заготовки при вытяжке ступенчатых деталей

Ф

совместно с условием пластичности

_2 2 ар + ое-

- = 0

(7)

2Я 1 + Я

°р°0 :

(8)

при граничном условии, учитывающем влияние изгиба заготовки на кромке прижима:

40

р = г„ч, ар = а 5

4/?с

(9)

где Л - коэффициент нормальной анизотропии; а5 - величина сопротивления материала пластическому деформированию на рассматриваемом участке деформирования; и ¿о - радиус по срединной поверхности и толщина заготовки на предыдущей (п -1 -й) операции; = /?пр + 0,5.?(); Лпр - радиус закругления прижима; / =--к -.

а0(1 + Д)-Лар

Интегрирование этого уравнения выполняем численно методом конечных разностей от краевой части заготовки, где известны все входящие в уравнение величины:

°р„ -Орп-1 ~ Р" Р"4 [рря-10 + /)+ <*в»-11- (Ю) Рл-1

После определения сря находим из условия пластичности (8) с учетом (3).

Распределение напряжений ор и сте на плоском участке 2 находится путем интегрирования уравнения равновесия (7) с условием пластичности (8) при граничном условии:

при Р = гГр, = + + (И)

где О - сила прижима; 1р1 - гп-\ ~~ ^р', (2 = п(гл-\ ~~ ггр2У1' <7 " давление прижима; аЛ _ - сопротивление материала деформированию при р = ггр\; цд/ -Р~ггр 1 "

коэффициент трения на контактной поверхности заготовки и рабочего инструмента; гГр2 = гп + ; = /?м + 0,5«; ггр1 < р < 2. Остальные величины приведены на рис. 4.

Величина окружного напряжения од вычисляется из условия пластичности (8). При анализе процесса вытяжки без прижима в граничном условии (11) необходимо принять <2 = 0.

Для нахождения меридионального сгр и окружного со напряжений на

тороидальной поверхности матрицы (участок 3) решаем совместно уравнение равновесия

Л<3Р « ( С05(Р , ,, г С0!5<Р соз(р+цммп<р_

——ор-;— + \i■м-J —— +<3е-----;-

сяр к1ча-5Шф а-ьту) а-вшф

и условие пластичности (8) при граничном условии

при ф = 0 + (13)

где ф - угол, характеризующий положение рассматриваемого сечения заготовки на тороидальной поверхности матрицы; а = гРр2 / Я^с; Я^С = ^М + 0,5.у;

2"~— - - сопротивление материала деформированию при р = ггр2;

°р('?р2) " величина меридионального напряжения на участке 2, вычисленная при р = ггр1.

Максимальная величина меридионального напряжения сгртах соответствует ф= гс/2. Величины меридионального напряжения стртах и сила процесса находятся по формулам

Рассмотрим деформированное состояние заготовки. Величину приращения окружной деформации с1щ получим по выражению

л ар Р

где р - координата данного сечения очага деформации.

Приращения меридиональных деформаций скр и деформаций по толщине заготовки (к.2 могут быть определены с учетом ассоциированного закона пластического течения следующим образом:

ст0 + СТр

а0(1 + Л)-/?стр

Величина прирашения интенсивности деформации <г/е, определяется по известным соотношениям, а интенсивность деформации б, - по выражению

Р

£, = .

V-1

Для учета упрочнения материала воспользуемся зависимостью

где сто 2 - условный предел текучести; А и л - характеристики кривой упрочнения материала.

Изменение толщины заготовки в процессе вытяжки ступенчатых деталей оценивалось по соотношению

= + ^Ф (16)

/ ОрЛ-аеО + Л) р

Силовые режимы последующих операций многоступенчатой вытяжки исследовались в зависимости от коэффициента вытяжки т^, радиусов закругления прижима Япр и матрицы условий I рения на контактных границах рабочего инструмента и заготовки цм и величины давления прижима д для титанового ПТ-ЗВкт и алюминиевого А5М сплавов [11].

Расчеты выполнены при гп = 950 мм; = 3,5 мм в следующих диапазонах изменения технологических параметров процесса: = Я^ = Яяр=2. 20; Цд,/ -0,01...0,3; <?=0 .10 МПа; Я„р = Япр1з0; ЯМ=ЯМ/!0; тс!тр " предельный коэффициент вытяжки.

Рассматривались два этапа реформирования заготовки: первый - совпадение центра закругления пуансона с верхней кромкой матрицы и второй этап деформирования заготовки до определенной высоты цилиндрической части заготовки меньшего диаметра.

Анализ графических зависимостей показывает, что относительная величина силы процесса Р с уменьшением коэффициента вытяжки традиусов закругления прижима и матрицы = ростом коэффициента трения на контактных границах рабочего инструмента и заютовки \1М и величины давления прижима ц возрастает. Максимальная величина силы процесса соответствует определенной величине перемещения пуансона, связи с перетяжкой части высоты предыдущей заготовки через кромку закругления прижима, а также

вовлечения в процесс пластического деформирования большей части материала, находящейся в недеформированной части заготовки (стенки)

Предельные возможности процесса вытяжки ступенчатых деталей ограничиваются максимальной величиной осевого напряжения сгртах в стенке изделия на выходе из очага деформации, которая не должна превышать величины сопротивления материала пластическому деформированию в условиях плоского напряженного состояния с учетом упрочнения

артах-°^р > =с4 О?)

и допустимой степенью использования ресурса пластичности (5).

Графические зависимости изменения предельного коэффициента вытяжки т^пр на втором переходе вытяжки для титанового сплава ПТ-ЗВ кт от относительных радиусов закругления прижима и матрицы Япр - И^ при Н = 0 мм (момент совпадения верхней кромки пояска матрицы с радиусом закругления пуансона) и // - 150 мм (ц = 2 МПа; (д.^ = 0,05) приведены на рис, 4 и 5. Здесь кривые 1, 2, 3 и 4 соответствуют величинам коэффициентов вытяжки вычисленным по максимальному значению напряжения в стенке детали на выходе из очага деформации и по допустимой величине накопленных микроповреждений при % = 1, х - 0,65 и % = 0,25 соответственно. Положения кривых 2-4 определяют возможности деформирования заготовки в зависимости от технических требований на изделие. Положения кривых 1 и 2 указывают на возможность разрушения заготовки.

Рис. 4. Графические зависимости Рис 5 Графические зависимости

изменения т^\пр от Rм (// = 0 мм) изменения т^пр от ^м (N = 150 мм)

Анализ графиков и результатов расчета показывает, чго предельные возможности формоизменения на последующих переходах многооперационной > вытяжки ступенчатых осесимметричных деталей ограничиваются как первым, так и вторым критериями разрушения. Это зависит от механических свойств исходного материала, технологических параметров, геометрии рабочего инструмента (Rfj и R„p) и величины давления прижима q. Например, установлено,

что предельные возможности деформирования на последующих операциях вытяжки алюминиевого сплава А5М ограничиваются допустимой величиной накопленных микроповреждений (см. рис. 5), а для титанового сплава ПТ-ЗВкт -ограничиваются величиной осевого напряжения на выходе и i очага пластиче-

ской деформации (см. рис. 4).

Установлено, что с уменьшением относительной величины давления прижима <7-<?/сгу;2 предельный коэффициеш вытяжки уменьшается.

Показано, что рост коэффициента трения ид/ увеличивает предельное значение коэффициента вытяжки

Прл проектировании техноло! ических процессов изготовления полуфаб-I рньдтов для изгоювлепия полу ¡(¡ериче ких деталей необходимо использовать

рекомендации В.Л. Кочмошрова и А Л Богатова, согласно которым для ответственных деталей, работающих и подвергающихся после обработки давлением термической обработке (ог КИ17 или закалке), допустимой величиной степени ис пользования запаса пласт ичносги следует считать х = 0,25.

Установлено, что с увеличением относительных радиусов закругления прижима и матрицы Рпр~ Н^! и уменьшением относительной величины давления прижима (¡=я'а02 предельный коэффициент вытяжки т^тр

снижается. Показано, чю изменение условий трения на контактной поверхности матрицы оказывает влияние на предельные коэффициенты выыжки пЦюр Рост коэффициента трения ц/^ увеличивает предельное

значение коэффициента вытяжки >"с1тр ПРИ прочих равных условиях

деформирования.

Здесь же прчв^пены результаты экспериментальных исследований мно-гооперацнонной вьпяжки ступенчатых осесиммстричных деталей из анизотропных материалов Показано, что способность листовых материалов к глубокой вытяжке может быть оценена по средним значениям косинуса угла между гексагональной осью и направлением нормали к плоскости листа. Полученное выражение #((?) позволяет учесть влияние текстуры на величину коэффициента нормальной пластической анизотропии, при этом введенные текстурные параметры А, (/' = 1..5) достаточно полно описывают пространственное распределение зерен в поликристалле. Для определения среднего значения коэффициента нормальной пластической анизотропии по данным о текстуре можно получить достаточную информацию из одной обратной полюсной фигуры (ОПФ), снятой с направления нормали к плоскости листа.

Экспериментально установлено, что при увеличении длительности отжи-!а при температуре 650°"" р листах сплава ПТ-ЗВкт наблюдаются изменения текстуры, способствующие усилению благоприятных для штампуемости ориентировок. Многократные отжиги донной части штамповок не будут приводить к снижению качества изделия. Показано, что для уменьшения вероятности образования микротрещин, выводящих деталь за предел допуска по толщине, следует так строить технологический процесс ступенчатого набора титановых листов, чтобы число зон, имеющих максимальное (8-10* число знакопеременных деформаций (перегибов), было минимальным

В четвертом разделе на основе выполненных теоретических и экспериментальных исследований приведены разработанные рекомендации по расчету и проектированию технологических процессов изготовления ступенчатых осе-

симметричных деталей из высокопрочных анизотропных материалов методами глубокой вытяжки.

Внедрен и апробирован в производстве метоп штамповки тонкостенных (1...4 мм) сферических днищ с применением сгупенчатого набора металла, осуществляемый на универсальных гидравлических прессах.

Сущность метода ступенчатого набора состоит в следующем: для устранения утонения стенок применяется предварительный набор металла, осущест- _ / вляемый в штампах, выполняемых с обязательным обеспечением степеней вытяжки (коэффициента вытяжки), свойственных и гамгтуемом} металлу Устранение радиального гофрообразования осуществляйся путем применения кас- <. када цилиндрических ступеней набора металла, по [еометрии близкого к контуру вписанного радиуса днища. В предварительных операциях набор металла осуществляется не полностью: для сферических днищ - около 95 % расчетной заготовки. Недостающее количество металла в наборе восполняется в процессе окончательной вытяжки дотяжкой из фланца. Для набора разработаны универсальные сборные переналаживаемые штампы (УСПШ). Придание штампам универсальности, для набора металла по переводам, достигается путем расчета и выбора размеров диаметров ступеней по минимальным степеням вытяжки, маркам материалов, подлежащих штамповке Зазоры между матрицей и пуансоном устанавливаются по максимальным толщинам чниш, подлежащих изготовлению. Колебание возможных зазоров в диапазоне 1. 3 мм сверх штампуемых толщин для предварительных операций существенного влияния на качество штамповки не оказывает. Располагая достаточным комплектом универсальных переналаживаемых штампов, при запуске в производство новых гипораз-меров днищ необходимо в каждом конкретном случае изготовление только одного штампа для окончательной вытяжки, а при применении методов беспрсс-совой окончательной формовки и калибровки, например, взрывом, - только одной матрицы с прижимом.

Созданы технологические процессы изготовления полуфабрикатов полусферических днищ из титанового сплава ПТ-ЗВкт и алюминиевого А5М сплавов, обеспечивающие эксплуатационные требования и снижение трудоемкости их изготовления. Технологические процессы внедрены на закрытом акционерном обществе «Завод экспериментального машиностроения ракетно-космической корпорации «Энергия» им. С.П. Королева».

Результаты диссертационной работы использованы в научно-исследовательской работе студентов, при выполнении курсовых и дипломных проектов, а также в лекционных курсах «Основы теории пластичности и ползучести» и «Механика процессов пластического формоизменения» для бакалавров техники и технологии направления 150400 «Технологические машины и оборудование» и студентов, обучающихся по направлению 150200 «Машиностроительные технологии и оборудование» специальности 150201 «Машины и технология обработки металлов давлением».

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

Б работе решена актуальная научно-техническая задача, имеющая важное народнохозяйственное значение и состоящая в повышении технологичности холодной штамповки крупногабаритных полусферических тонкостенных днищ из анизотропных материалов путем обоснования режимов обработки, обеспечивающих снижение металлоемкости, трудоемкости изготовления, со-I кращения сроков подготовки производства и повышения их эксплуатационных характеристик на основе прогрессивных технологических решений и условий их реализации.

В процессе теоретического и экспериментального исследований получены новые основные результаты и сделаны следующие выводы:

1. Созданы математические модели первой и многоступенчатой вытяжки осесимметричных деталей из анизотропных высокопрочных трансверсально-изотропных материалов, применительно к изготовлению полусферических деталей из трансверсально-изотропных материалов.

2 Выполнены теоретические и экспериментальные исследования первой и многоступенчатой вытяжки осесимметричных деталей из трансверсально-изотропных материалов. Разработан алгоритм расчета исследуемых процессов глубокой вытяжки и программное обеспечение для ЭВМ.

3. Установлено влияние технологических параметров и геометрии рабочего инструмента глубокой вытяжки на силовые режимы, предельные возможности пластического формоизменения и формирование показателей качества механических свойств материала цилиндрических деталей (степени использования ресурса пластичности).

4. Выполнены расчеты силовых режимов формоизменения многоступенчатой вытяжки осесимметричных деталей. Установлено, что относительная величина силы процесса Р с уменьшением коэффициента вытяжки т^,, радиусов закругления прижима и матрицы Рпр = , ростом коэффициента трения на контактных границах рабочего инструмента и заготовки и величины давления прижима <7 возрастает. Минимальная величина силы процесса соответствует моменту совпадение центра закругления пуансона с верхней кромкой матрицы; максимальная величина силы соответствует определенной величине перемещения пуансона и связана с перетяжкой части высоты предыдущей заготовки через кромку закругления прижима, а также вовлечения в процесс пластического деформирования большей части материала, находящейся в неде-формированной части заготовки (стенки).

( 5. Определены предельные возможности формоизменения на первой и

многоступенчатой вытяжки осесимметричных деталей на радиальных матрицах по максимальной величине растягивающего напряжения на выходе из очага пластической деформации и по степени использования ресурса пластичности.

Показано, что предельные возможности формоизменения исследованных процессов глубокой вытяжки зависят от анизотропии механических свойств материала заготовки, технологических параметров, геометрии матрицы, условий трения на контактных поверхностях инструмента, а также технических условий эксплуатации получаемых изделий и могут ограничиваться степенью ис-

пользования ресурса пластичности или максимальной величиной растягивающего напряжения на выходе из очага пластической деформации Так предельные возможности деформирования на последующих операциях вытяжки алюминиевого сплава А5М ограничиваются допустимой величиной накопленных микроповреждений, а для титанового сплава ПТ-ЗВкт - ограничиваются величиной осевого напряжения на выходе из очага пластической деформации.

Установлено, что с увеличением относительных радиусов закругления прижима и матрицы R\f = Rnp предельный коэффициент вытяжки т^,пр уменьшается Относительная величина давления прижима оказывает влияние на предельные возможности деформирования. Увеличение q от 0,005 до 0,095 приводит к росту mjmp на 30...40 % для алюминиевого сплава А5М. Рост коэффициента трения p w сопровождается увеличением предельного значения коэффициента вытяжки гп^тр на 42 % при прочих равных условиях деформирования.

С увеличение высоты цилиндрической части изготавливаемой детали II величина степень использования ресурса пластичности х существенно возрастает, что необходимо учитывать при проектировании технологических процессов многооперационной вытяжки ступенчатых осесимметричных деталей Учет неоднородности механических исходного полуфабриката существенно уточняет величины предельных коэффициентов вытяжки mjlnp.

6. Оценено влияние анизотропии механических свойств материала заготовки на силовые режимы и предельные возможности формоизменения рассматриваемых процессов глубокой вытяжки.

Установлено, что с увеличением коэффициента нормальной анизотропии силы первой и последующих операций вытяжки уменьшается. Влияние коэффициента анизотропии R усиливаются с уменьшением коэффициента вытяжки тПоказано, что увеличение нормального коэффициента анизотропии R с 0,2 до 2 приводит к уменьшению величины предельного коэффициента первой операции вытяжки т^р в 1,25 раза; а на последующих операциях приводит к

уменьшению величины предельного коэффициента вытяжки т^ на 30 %.

7. Сравнение результатов теоретических расчетов и экспериментальных данных по силовым режимам операций вытяжки указывает на их удовлетворительное согласование (до 15 %).

8. Показано, что способность листовых материалов к глубокой вытяжке может быть оценена по средним значениям косинуса угла между гексагональной осью и направлением нормали к плоскости листа. Полученное выражение R(ф) позволяет учесть влияние текстуры на величину коэффициента нормальной пластической анизотропии, при этом введенные текстурные параметры Д, (/ = !...5) достаточно полно описывают пространственное распределение зерен в поликристалле. Для определения среднего значения коэффициента нормальной пластической анизотропии по данным о текстуре достаточную информацию можно получить из одной ОПФ, снятой с направления нормали к плоскости листа

9 Экспериментально установлено, что при увеличении длительности отжига при температуре 650°С в листах сплава ПТ-ЗВкт наблюдаются изменения текстуры, способствующие усилению благоприятных для штампуемости ориентировок. Многократные отжиги донной части штамповок не будут приводить к снижению качества изделия. Неоднократный межоперационный отжиг при температуре 650°С по 1 часу формирует в листе титанового сплава ПТ-ЗВкт текстуру, благоприятную для штампуемости, и создает суммарную толщину газонасыщенного слоя не более 0,1 мм, что позволяет принять эту температуру, как оптимальную. Для уменьшения вероятности образования микротрещин, выводящих деталь за предел допуска по толщине, следует так строить технологический процесс ступенчатого набора титановых листов, чтобы число зон, имеющих максимальное (8-10) число знакопеременных деформаций (перегибов), было минимальным.

10. На основе выполненных теоретических и экспериментальных исследований разработаны методика и создано программное обеспечение для ЭВМ по расчету технологических параметров многооперационной ступенчатой вытяжки без утонения стенки. Созданы технологические процессы изготовления полуфабрикатов полусферических днищ из титанового сплава ПТ-ЗВкт и алюминиевого сплава А5М, обеспечивающие эксплуатационные требования и снижение трудоемкости их изготовления. Технологические процессы внедрены на закрытом акционерном обществе «Завод экспериментального машиностроения ракетно-космической корпорации «Энергия» имени С.П. Королева».

Материалы диссертационной работы также использованы в учебном процессе.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОТРАЖЕНО В ПУБЛИКАЦИЯХ

1. Некоторые пути управления текстурой и структурой сварных соединений а - сплавов титана / P.A. Адамеску, С.В. Гребенкин, Е.Ю. Поликарпов и др. // Известия высших учебных заведений. Цветная металлургия. - 1986. - № 5. - С. 93-96.

2. Деформирование и разрушение титанового сплава ПТ-ЗВкт при листовой штамповке / В.И. Юнков, Е.Ю. Поликарпов, М.С. Хадмов, Н.В. Звиган-цев // Материалы XIII Всероссийской научно-технической конференции по тепловой микроскопии «Структура и прочность материалов в широком диапазоне температур», Каунас, 1989. - С. 121-122.

3. Влияние кристаллографической текстуры на коэффициент нормальной пластической анизотропии ГПУ-металлов / P.A. Адамеску, С В. Гребенкин, Е.А. Митюшов, Е.Ю. Поликарпов и др. // Известия высших учебных заведений Цветная металлургия. - 1990. - № 2. - С. 103-108.

4. Юшков В.И., Поликарпов Е.Ю., Адамеску P.A. Структура, текстура и разрушение листового проката из титанового сплава ПТ-ЗВкт // Проблемы металловедения и термической обработки сталей и сплавов: Тезисы XI Уральской школы металловедов-термистов. - Свердловск-Пермь, 1989. - С. 9.

5. Поликарпов Е.Ю. Опыт применения метода ступенчатого набора металла для штамповки тонкостенных полусферических и торовых днищ // Сборник тезисов II Международной научно-технической конференции «Механика

ЛрРбА

НИ 4 6 ОТ"3

пластическою формой ¡менения 1смю юпш и оборудование обработки материалов давлением» I у та [\ г1Л 2004 С 79-80

6 Поликарпов ЕЮ К вопросу многоступенчатой вытяжки листовых заготовок из сплава ПТ-ЗВкт /' Сборник тезисов И Международной научно-технической конференции «Механика пластического формоизменения Технологии и оборудование обработки материалов чавлением» Гула ГулГУ, 2004

С. 111-112 ' ^

7 Поликарпов ЕЮ Вытяжка ступенчатых деталей из анизотропною материала // Известия Тул! У Серия Механика деформированного твердого

тела и обработка металлов давлением - 2004 - Вып 2 С 86-93 1»

8 Поликарпов Е.Ю Совершенствование технологии холодной штамповки полусферических тонкостепных днищ // Известия ТулГ У Серия. Механика деформированного твердого тела и обработка мегаллов давлением 2004 -Вып. 3. - С. 141 - 147.

9 Поликарпов Е.Ю. Многооперационная вытяжка ступенчатых осе-симметричных деталей из анизотропного материала Ч Известия Тул ГУ Серия. Механика деформируемого твердого тела и обработка мегаллов давлением Тула: Изд-во ТулГУ, 2005. - Вып. 1. - С. 101 - 108

10 Яковлев С.С., Поликарпов Е Ю , Паламарчук И.И Пластическое деформирование анизотропных упрочняющихся материалов // Прогрессивные методы и технологическое оснащение процессов обработки металлов давлением. сб тезисов международ науч -тех конф СПб.' Изд-во БГТ^/ «Военмех» им. ДФ Устинова. - 2005 С 142 145

11 Поликарпов Г.Ю . Подлесный С В Силовые режимы и предельные возможности формоизменения многооперационной вытяжки ступенчатых осе-симмегричных деталей из анизотропного материала// Известия ТулГУ Серия Механика деформируемого твердого тела и обработка металлов давлением -Тула: Изд-во ТулГУ, 2005 Вып 2 С 88-98

12 Ас. №227619 СССР / П В. Лемешев, В.Е. Гальперин, Т А. Голиусов, В.И Самосадный, В.В. Кононов, Е Ю Поликарпов и др. (СССР), 1985 - 1 с.

Подписано в печать 16.05.2006. Формат бумаги 60x84 Бумага офсетная.

Усл. печ. 1, 1,1. Уч.-И1д. л. 1,0. Тираж 100 ип. Закат |1Ч .

Тульский государственный университет. 300600, г. Тула, просп. Ленина, 92.

Отпечатано в И (лятелы I ве 1\ II V 300600,1. Т\ла, у г Бо.ииня, 151.

ВВЕДЕНИЕ. ф 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕОРИИ И ТЕХНОЛО

ГИИ ШТАМПОВКИ АНИЗОТРОПНЫХ МАТЕРИАЛОВ.

1.1. Анализ существующих технологий изготовления полусферических тонкостенных днищ. Пути повышения эффективности их изготовления.

1.2. Глубокая вытяжка.

1.3. Анизотропия материала заготовок и ее влияние на процессы штамповки.

Общей проблемой машиностроения является повышение эффективности технологических процессов производства с обеспечением высоких эксплуатационных характеристик изделий. Это актуально для ракетно-космической техники и других отраслей промышленности.

Типовыми конструкциями изделий этих производств являются корпусные оболочки из листовых заготовок (обшивки отсеков, топливные баки различных форм и размеров, баллоны хранения газов и др.). Эти конструкции требуют применения высокопрочных материалов, трудоемки в обработке. Используются специальные титановые и высокопрочные алюминиевые сплавы.

Качество обработки влияет на тактико-технические характеристики изделий и их надежность. Трудоемкость производства в настоящее время велика и составляет 70.80 % общей трудоемкости изделия. При этом требуется парк оборудования различного назначения: прессового, сварочного, оборудования для электроэрозионной и механической обработки, сборочных стапелей и др.

Методы технологической обработки на базе резания, сварки, соединения клепкой, сваркой, пайкой не всегда обеспечивают требуемый уровень качества. Качество определяется удельной прочностью изделий, точностью геометрии форм, герметичностью, коррозионной стойкостью, уровнем повреждаемости материала на стадиях обработки. При этом не маловажен расход основных материалов и трудоемкость производства.

Прокат, используемый для процессов холодного и изотермического деформирования, как правило, обладает анизотропией механических свойств, которая зависит от физико-химического состава сплава, технологии его получения и температуры обработки. Анизотропия механических свойств заготовки оказывает существенное влияние на силовые, деформационные параметры процессов обработки металлов давлением, на качество получаемых изделий.

Технологические режимы обработки определяют степени формообразования, влияют на устойчивость деформаций, развитие несплошности материала и возможное разрушение. Они формируют качество изделий, что связано с анизотропией механических свойств, упрочнением материала, локальной потерей устойчивости заготовки и т.д.

Решение этой народнохозяйственной задачи может быть достигнуто за счет максимального использования внутренних резервов деформирования материала путем создания научно обоснованных технологий штамповки, учитывающих анизотропию механических свойств, упрочнение материала заготовки, термомеханические режимы формоизменения и другие особенности процессов обработки металлов давлением.

Работа выполнена в соответствии заказами Российского космического агентства, Департамента ракетно-космической промышленности Российской Федерации, с научно-технической программой «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» Минобразования Российской Федерации, грантом Президента РФ на поддержку ведущих научных школ на выполнение научных исследований (грант № НШ-4190.2006.8), грантом РФФИ «Исследование закономерностей пластического деформирования изотропных и анизотропных упрочняющихся материалов при обработке давлением» (№ 05-01-96705) и научно-технической программой Министерства образования и науки Российской Федерации «Развитие научного потенциала высшей школы (2006-2008 гг.)» (проект № РНП 2.1.2.8355 «Создание научных основ формирования свойств изделий общего и специального назначения методами комбинированного термопластического деформирования материалов»).

Цель работы. Повышение технологичности холодной штамповки крупногабаритных полусферических тонкостенных днищ из анизотропных материалов путем обоснования режимов обработки, обеспечивающих снижение металлоемкости, трудоемкости изготовления, сокращения сроков подготовки производства и повышения их эксплуатационных характеристик на основе прогрессивных технологических решений и условий их реализации.

Методы исследования. Теоретические исследования процессов глубокой вытяжки осесимметричных деталей выполнены с использованием основных положений механики деформируемого твердого тела и теории пластичности жесткопластического анизотропного тела; анализ напряженного и деформированного состояний заготовки в исследуемых процессах формоизменения осуществлен численно методом конечно-разностных соотношений с использованием ЭВМ путем совместного решения дифференциальных уравнений равновесия, уравнения состояния и основных определяющих соотношений при заданных начальных и граничных условиях. Предельные возможности формоизменения исследуемого процесса деформирования оценивались по максимальной величине растягивающего напряжения на выходе из очага пластической деформации степени использования ресурса пластичности.

Экспериментальные исследования выполнены с использованием современных испытательных машин (испытательные машины Р-5 и ГМС-50) и регистрирующей аппаратуры; обработка опытных данных осуществлялась с применением методов математической статистики.

Автор защищает математические модели первой и многоступенчатой вытяжки осесимметричных деталей из высокопрочных трансверсально-изотропных материалов; результаты теоретических и экспериментальных исследований изменения напряженного и деформированного состояния, силовых режимов, предельных возможностей формоизменения, механических свойств и степени использования ресурса пластичности заготовки на первой и последующих многоступенчатых вытяжках осесимметричных деталей, результаты экспериментальных исследований по влиянию длительности отжига на изменение текстуры и толщины газонасыщенного слоя в листах сплава

ПТ-ЗВкт, рекомендации и пакеты прикладных программ для ЭВМ по расчету технологических параметров глубокой вытяжки осесимметричных деталей, а также технологические процессы изготовления полуфабрикатов полусферических днищ из титанового сплава ПТ-ЗВкт и алюминиевого сплава А5М, обеспечивающий эксплуатационные требования и снижение трудоемкости их изготовления.

Научная новизна.

Выявлены закономерности изменения напряженного и деформированного состояний, силовых режимов, предельных возможностей формоизменения, механических свойств и степени использования ресурса пластичности заготовки в зависимости от технологических параметров и геометрии рабочего инструмента, условий трения на контактных поверхностях рабочего инструмента и заготовки, давления прижима на основе разработанных математических моделей первой и многоступенчатой вытяжек осесимметричных деталей из высокопрочных трансверсально-изотропных материалов применительно к изготовлению полусферических деталей.

Достоверность результатов обеспечена обоснованным использованием теоретических зависимостей, допущений и ограничений, корректностью постановки задач, применением известных математических методов и подтверждается качественным и количественным согласованием результатов теоретических исследований с экспериментальными данными, а также практическим использованием результатов работы в промышленности.

Практическая значимость. На основе выполненных теоретических и экспериментальных исследований разработаны рекомендации и создано программное обеспечение для ЭВМ по расчету технологических параметров процессов глубокой вытяжки без утонения стенки крупногабаритных осесимметричных деталей из анизотропных высокопрочных материалов. Экспериментально установлены рациональные режимы отжига, благоприятно влияющие на изменение текстуры и толщины газонасыщенного слоя в листах сплава ПТ-ЗВкт.

Реализация работы. Разработаны технологические процессы изготовления полуфабрикатов полусферических днищ из тонколистового титанового ПТ-ЗВкт и алюминиевого А5М сплавов, удовлетворяющих техническим условиям эксплуатации (необходимые уровень прочности, коррозионной стойкости и герметичности в заданных условиях), которые внедрены в производстве на ЗАО «ЗЭМ РКК им. СЛ. Королева».

Новые технологические процессы обеспечивают: увеличение удельной прочности (раз) - 1,5 . 1,7; уменьшение массы (раз) - 1,5; снижение трудоемкости (раз) - 2.3; увеличение коэффициента использования материала, (с/до) - 0,3/0,9.

Отдельные результаты исследований использованы в учебном процессе ГОУ ВПО «Тульский государственный университет» при подготовке бакалавров по направлению 150400 «Технологические машины и оборудование» и инженеров, обучающихся по направлению 150200 «Машиностроительные технологии и оборудование» специальности 150201 «Машины и технология обработки металлов давлением» и включены в разделы лекционных курсов «Новые технологические процессы и оборудование» и «Механика процессов пластического формоизменения», а также использованы в научно-исследовательской работе студентов, при выполнении курсовых и дипломных проектов.

Апробация работы. Результаты исследований доложены на XIII Всероссийской научно-технической конференции по тепловой микроскопии «Структура и прочность материалов в широком диапазоне температур» (г. Каунас, 1989 г.); на XI Уральской школе металловедов-термистов «Проблемы металловедения и термической обработки сталей и сплавов» (г. Свердловск-Пермь, 1989 г.); на международной научно-технической конференции «Механика пластического формоизменения. Технологии и оборудование обработки материалов давлением» (г. Тула: ТулГУ, 2004 г.); на международной научно-технической конференции «Прогрессивные методы и технологическое оснащение процессов обработки металлов давлением» (г. СПб.: БГТУ «Военмех» им. Д.Ф. Устинова, 2005 г.), а также на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Тульского государственного университета (г. Тула, 2004 - 2006 г.г.).

Публикации. Материалы проведенных исследований отражены в 12 печатных работах объемом 3,5 печ. л.; из них авторских - 2,9 печ. л.

Автор выражает глубокую благодарность д.т.н., профессору С.П. Яковлеву за оказанную помощь при выполнении работы, критические замечания и рекомендации.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения и четырех разделов, заключения, списка использованных источников из 151 наименования, 3 приложения и включает 101 страница машинописного текста, содержит 73 рисунков и 8 таблиц. Общий объем - 164 страниц.

4.3. Основные результаты и выводы

1. На основе выполненных теоретических и экспериментальных исследований разработаны методика и создано программное обеспечение для ЭВМ по расчету технологических параметров многооперационной ступенчатой вытяжки без утонения стенки.

2. Разработан новый технологический процесс холодной штамповки заготовок для изготовления полусферических днищ из высокопрочных титанового сплава ПТ-ЗВкт толщиной 3,5 мм с геометрическими соотношениями s/D < 0,003 и Н/D = 0,5, основанный на методе ступенчатого набора в универсальных сборных переналаживаемых штампах с последующей калибровкой и химическим фрезерованием.

При холодной штамповке листового материала в универсальных штампах (матричных кольцах) нет необходимости в дорогостоящих штампах с обогревом, значительно повышается культура производства, снижается травматизм. Холодная штамповка более экономична с точки зрения энергозатрат.

По сравнению с вариантом получения титановых полусферических днищ механической обработкой заготовок, полученных методом горячей объемной штамповки, способ позволяет снизить трудоемкость механической обработки с 20 смен до 2 часов.

3. Создан и внедрен новый технологический процесс заготовок детали «Диафрагма» под калибровку и последующую ротационную вытяжку из алюминиевого сплава А5М толщиной 3,5 мм с геометрическими соотношениями s/D< 0,003 и HjD = 0,5 методом ступенчатого набора.

Новые технологические процессы ступенчатой вытяжки внедрены в производство на закрытом акционерном обществе «Завод экспериментального машиностроения ракетно-космической корпорации «Энергия» имени С.П. Королева» со значительным экономическим эффектом, полученным за счет снижения трудоемкости изготовления и обеспечения качества цилиндрических деталей.

4. Материалы диссертационной работы использованы в учебном процессе при подготовке бакалавров направления 150400 «Технологические машины и оборудование» и студентов, обучающихся по направлению 150200 «Машиностроительные технологии и оборудование» специальности 150201 «Машины и технология обработки металлов давлением» и включены в разделы лекционных курсов «Новые технологические процессы и оборудование», «Технология листовой штамповки», «Механика процессов пластического формоизменения», а также использованы в научно-исследовательской работе студентов, при выполнении курсовых и дипломных проектов.

Заключение

В работе решена актуальная научно-техническая задача, имеющая важное народнохозяйственное значение и состоящая в повышении технологичности холодной штамповки крупногабаритных полусферических тонкостенных днищ из анизотропных материалов путем обоснования режимов обработки, обеспечивающих снижение металлоемкости, трудоемкости изготовления, сокращения сроков подготовки производства и повышения их эксплуатационных характеристик на основе прогрессивных технологических решений и условий их реализации.

В процессе теоретического и экспериментального исследований получены следующие новые основные результаты и сделаны выводы:

1. Созданы математические модели первой и многоступенчатой вытяжки осесимметричных деталей из анизотропных высокопрочных трансвер-сально-изотропных материалов, применительно к изготовлению полусферических деталей из трансверсально-изотропных материалов.

2. Выполнены теоретические и экспериментальные исследования первой и многоступенчатой вытяжки осесимметричных деталей из трансверсально-изотропных материалов. Разработан алгоритм расчета исследуемых процессов глубокой вытяжки и программное обеспечение для ЭВМ.

3. Установлено влияние технологических параметров и геометрии рабочего инструмента глубокой вытяжки на силовые режимы, предельные возможности пластического формоизменения и формирование показателей качества механических свойств материала цилиндрических деталей (степени использования ресурса пластичности).

4. Выполнены расчеты силовых режимов формоизменения многоступенчатой вытяжки осесимметричных деталей. Установлено, что относительная величина силы процесса Р с уменьшением коэффициента вытяжки т&, радиусов закругления прижима и матрицы КПр=Я^[, ростом коэффициента трения на контактных границах рабочего инструмента и заготовки и величины давления прижима q возрастает. Минимальная величина силы процесса соответствует моменту совпадение центра закругления пуансона с верхней кромкой матрицы; максимальная величина силы соответствует определенной величине перемещения пуансона и связана с перетяжкой части высоты предыдущей заготовки через кромку закругления прижима, а также вовлечения в процесс пластического деформирования большей части материала, находящейся в недеформированной части заготовки (стенки).

5. Определены предельные возможности формоизменения на первой и многоступенчатой вытяжки осесимметричных деталей на радиальных матрицах по максимальной величине растягивающего напряжения на выходе из очага пластической деформации и по степени использования ресурса пластичности.

Показано, что предельные возможности формоизменения исследованных процессов глубокой вытяжки зависят от анизотропии механических свойств материала заготовки, технологических параметров, геометрии матрицы, условий трения на контактных поверхностях инструмента, а также технических условий эксплуатации получаемых изделий и могут ограничиваться степенью использования ресурса пластичности или максимальной величиной растягивающего напряжения на выходе из очага пластической деформации. Так предельные возможности деформирования на последующих операциях вытяжки алюминиевого сплава А5М ограничиваются допустимой величиной накопленных микроповреждений, а для титанового сплава ПТ-ЗВкт - ограничиваются величиной осевого напряжения на выходе из очага пластической деформации.

Установлено, что с увеличением относительных радиусов закругления прижима и матрицы Rj^=Rnp предельный коэффициент вытяжки т^пр уменьшается. Относительная величина давления прижима оказывает влияние на предельные возможности деформирования. Увеличение q от 0,005 до 0,095 приводит к росту m^inp на 30.40 % для алюминиевого сплава А5М.

Рост коэффициента трения сопровождается увеличением предельного значения коэффициента вытяжки т^ 1пр на 42 % при прочих равных условиях деформирования.

С увеличение высоты цилиндрической части изготавливаемой детали Н величина степень использования ресурса пластичности % существенно возрастает, что необходимо учитывать при проектировании технологических процессов многооперационной вытяжки ступенчатых осесимметричных деталей. Учет неоднородности механических исходного полуфабриката существенно уточняет величины предельных коэффициентов вытяжки гп^пр.

6. Оценено влияние анизотропии механических свойств материала заготовки на силовые режимы и предельные возможности формоизменения рассматриваемых процессов глубокой вытяжки.

Установлено, что с увеличением коэффициента нормальной анизотропии силы первой и последующих операций вытяжки уменьшается. Влияние коэффициента анизотропии Я усиливаются с уменьшением коэффициента вытяжки . Показано, что увеличение нормального коэффициента анизотропии Я с 0,2 до 2 приводит к уменьшению величины предельного коэффициента первой операции вытяжки т^р в 1,25 раза; а на последующих операциях приводит к уменьшению величины предельного коэффициента вытяжки т^тр на 30 %.

7. Сравнение результатов теоретических расчетов и экспериментальных данных по силовым режимам операций вытяжки указывает на их удовлетворительное согласование (до 15 %).

8. Показано, что способность листовых материалов к глубокой вытяжке может быть оценена по средним значениям косинуса угла между гексагональной осью и направлением нормали к плоскости листа. Полученное выражение Я(ф) позволяет учесть влияние текстуры на величину коэффициента нормальной пластической анизотропии, при этом введенные текстурные параметры А/ (z = 1.5) достаточно полно описывают пространственное распределение зерен в поликристалле. Для определения среднего значения коэффициента нормальной пластической анизотропии по данным о текстуре достаточную информацию можно получить из одной ОПФ, снятой с направления нормали к плоскости листа.

9. Экспериментально установлено, что при увеличении длительности отжига при температуре 650°С в листах сплава ПТ-ЗВкт наблюдаются изменения текстуры, способствующие усилению благоприятных для штампуемо-сти ориентировок. Многократные отжиги донной части штамповок не будут приводить к снижению качества изделия. Неоднократный межоперационный отжиг при температуре 650°С по 1 часу формирует в листе титанового сплава ПТ-ЗВкт текстуру, благоприятную для штампуемости, и создает суммарную толщину газонасыщенного слоя не более 0,1 мм, что позволяет принять эту температуру, как оптимальную. Для уменьшения вероятности образования микротрещин, выводящих деталь за предел допуска по толщине, следует так строить технологический процесс ступенчатого набора титановых листов, чтобы число зон, имеющих максимальное (8-10) число знакопеременных деформаций (перегибов), было минимальным.

10. На основе выполненных теоретических и экспериментальных исследований разработаны методика и создано программное обеспечение для ЭВМ по расчету технологических параметров многооперационной ступенчатой вытяжки без утонения стенки. Созданы технологические процессы изготовления полуфабрикатов полусферических днищ из титанового сплава ПТ-ЗВкт и алюминиевого сплава А5М, обеспечивающие эксплуатационные требования и снижение трудоемкости их изготовления. Технологические процессы внедрены на закрытом акционерном обществе «Завод экспериментального машиностроения ракетно-космической корпорации «Энергия» имени С.П. Королева».

Материалы диссертационной работы также использованы в учебном процессе.

1. A.C. №227619 СССР. / П.В. Лемешев, В.Е. Гальперин, Т.А. Голиу-сов, В.И. Самосадный, В.В. Кононов, Е.Ю. Поликарпов и др. (СССР), 1985. -1 с.

2. Аверкиев Ю.А., Аверкиев А.Ю. Технология холодной штамповки: Учебн. для вузов. М.: Машиностроение, 1989. - 304 с.

3. Авицур Б. Исследование процессов волочения проволоки и выдавливания через конические матрицы с большим углом конусности // Труды американского общества инженеров-механиков. М.: Мир, 1964.-№ 4. - С. 13-15.

4. Адамеску P.A., Алсагаров A.A., Гельд П.В. и др. Текстура и штам-пуемость листов из сплава ВТ6С // Технология легких сплавов. 1976. - № 11.-С.67.

5. Адамеску P.A., Алсагаров A.A., Каганович А.З. и др. Влияние способа получения листов из сплава ВТ6С на текстуру и анизотропию механических свойств // Цветные металлы. 1979. - № 1. - С. 59.

6. Адамеску P.A., Гельд П.В., Митюшков Е.А. Анизотропия физических свойств металлов. М.: Металлургия, 1985. - 136 с.

7. Адамеску P.A., Скрябин Д.А., Братчиков Ю.С. и др. В сб.: Титан. Металловедение и технология. Тр. 3-й Международной конференции по титану. Том 3. М., 1978, с. 102-110.

8. Адамеску P.A.; Алсагаров A.A., Гельд П.В. и др.- Технология легких сплавов, 1976, 1 II, с.67-68.

9. Арышенский Ю.М., Гречников Ф.В. Теория и расчеты пластического формоизменения анизотропных материалов. М.: Металлургия, 1990. -304 с.

10. Ашкенази Е.К. Анизотропия машиностроительных материалов. -JL: Машиностроение, 1969. 112 с.

11. Бакхауз Г. Анизотропия упрочнения. Теория в сопоставлении с экспериментом // Известия АН СССР. Механика твердого тела. 1976. - №6. -С. 120- 129.

12. Басовский JI.E. Прогнозирование повреждаемости деформируемых материалов при немонотонном нагружении // Известия вузов. Машиностроение. 1990. - №2. - С. 3 - 7.

13. Бастуй В.Н. К условию пластичности анизотропных тел // Прикладная механика / АН УССР. Ин-т механика. Киев: Наукова думка. - 1977 -№1. - С. 104- 109.

14. Баудер У. Глубокая вытяжка пустотелых изделий из толстых листов // Проблемы современной металлургии: Сборник сокращенных переводов и обзоров иностранной периодической литературы. М.: Иностранная литература. - 1952. - №2. - С. 93 - 110.

15. Бебрис A.A. Устойчивость заготовки в формообразующих операциях листовой штамповки. Рига: Зинатие, 1978. - 125с.

16. Богатов A.A., Мижирицкий О.И., Смирнов С.В. Ресурс пластичности металлов при обработке давлением. М.: Металлургия, 1984. - 144 с.

17. Быковцев Г.И. О плоской деформации анизотропных идеально-пластических тел //. Известия АН СССР. ОТН. Механика и машиностроение. 1963.-№2.-С. 66-74.

18. Бэкофен В. Процессы деформации. М.: Металлургия, 1977. - 260с.

19. Валиев С.А. Комбинированная глубокая вытяжка листовых материалов. М.: Машиностроение, 1973. - 176 с.

20. Вишняков Я.Д., Бабарэко A.A., Владимиров С.А., Эгиз И.Л. Теория образования текстур в металлах и сплавах. М.: Наука, 1979.

21. Владимиров В.И. Физическая природа разрушения металлов. М.: Металлургия, 1984. - 280 с.

22. Ву Э.М. Феноменологические критерии разрушения анизотропных сред // Механика композиционных материалов / Пер. с англ. М.: Мир, 1978. -С. 401 -491.

23. Вытяжка с утонением стенки / И.П. Ренне, В.Н. Рогожин, В.П. Кузнецов и др. Тула: ТПИ, 1970. - 141 с.

24. Галлагер Р. Метод конечных элементов. Основы. М.: Мир, 1984.428 с.

25. Гельфонд B.JI. Построение математической модели процесса образования разностенности при вытяжке с утонением стенки // Исследования в области пластичности и обработки металлов давлением. Тула ТПИ, 1974. -Вып.35. - С. 60-68.

26. Геогджаев В.И. Пластическое плоское деформированное состояние ортотропных сред // Труды МФТИ. 1958. - Вып. 1.- С. 55 - 68.

27. Геогджаев В.О. Волочение тонкостенных анизотропных труб сквозь коническую матрицу // Прикладная механика. 1968. - Т.4. - Вып. 2. -С. 79 - 83.

28. Глейтер Г., Чалмерс Б. Большеугловые границы зерен. М.: Мир,1975.

29. Головлев В.Д. Расчет процессов листовой штамповки. М.: Машиностроение, 1974. - 136 с.

30. Гречников Ф.В. Деформирование анизотропных материалов М.: Машиностроение, 1998. - 446 с.

31. Губкин С.И. Пластическая деформация металлов. М.: Металлургия, 1960.- Т. 1.- 376 е., Т. 2.- 416 е., Т. 3.- 306 с.

32. Гун Г.Я. Математическое моделирование процессов обработки металлов давлением. М.: Металлургия, 1983. - 352 с.

33. Данилов В.Л. К формулировке закона деформационного упрочнения // Известия АН СССР. Механика твердого тела. 1971. - № 6. - С. 146 -150.

34. Дель Г.Д. Технологическая механика. М.: Машиностроение, 1978. - 174 с.

35. Демин В.А. Проектирование процессов тонколистовой штамповки на основе прогнозирования технологических отказов. М.: Машиностроение -1,2002.-186 с.

36. Джонсон У., Меллор П. Теория пластичности для инженеров. М.: Машиностроение, 1979. - 567 с.

37. Егоров М.И. Определение коэффициента поперечных деформаций листового проката с начальной анизотропией на цилиндрических образцах // Заводская лаборатория. 1988. - № 11. - С. 79 - 82.

38. Жарков В.А. Методика разработки технологических процессов вытяжки с учетом анизотропии листовых материалов // Кузнечно-штамповочное производство. 1994. - №10. - С. 5 - 9.

39. Жарков В.А. Перспективы экономии металла в листоштамповоч-ном производстве // Кузнечно-штамповочное производство. 1991. - №12. -С.7- 11.

40. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. М.: Мир, 1975. - 541 с.

41. Зубцов М.Е. Листовая штамповка. JL: Машиностроение, 1980.432 с.

42. Ивлев Д.Д. Теория идеальной пластичности. М.: Наука, 1966. - 231с.

43. Ивлев Д.Д., Быковцев Г.И. Теория упрочняющегося пластического тела. М.: Наука, 1971. - 232 с.

44. Изотермическое деформирование высокопрочных анизотропных металлов / С.П. Яковлев, В.Н. Чудин, С.С. Яковлев, Я.А. Соболев. М: Машиностроение-!, Изд-во ТулГУ, 2004. - 427 с.

45. Ильюшин A.A. Пластичность. М.: Изд-во АН СССР. - 1963. - 207с.

46. Исследование параметров анизотропии в процессах ротационной вытяжки / А.И. Вальтер, Л.Г. Юдин, И.Ф. Кучин, В.Г. Смеликов // Исследования в области пластичности и обработки металлов давлением. Тула: ТПИ, 1986.-С. 156- 160.

47. Качанов Л.М. Основы механики разрушения. М.: Наука, 1974.312 с.

48. Кибардин H.A. Исследование пластической анизотропии металла статистическим методом // Заводская лаборатория. 1981. - № 9. - С. 85 - 89.

49. Кнорр В., Будде И. Влияние деформации и термической обработки на анизотропию свойств листов и полос из технически чистого титана // Титан. Металловедение и технология: Тр. 3-й Междунар. конф. по титану. М., 1978. - Т. 3.-С. 165- 176.

50. Ковка и штамповка. Справочник в 4-х т. // Ред. совет: Е.И. Семенов и др. т. 4. Листовая штамповка / Под ред. А.Д. Матвеева. - М.: Машиностроение, 1987. - 544 с.

51. Колесников Н.П. Зависимость штампуемости стали от анизотропии при вытяжке деталей сложной формы // Кузнечно-штамповочное производство. 1962. -№ 8. -С. 18-19.

52. Колесников Н.П. Расчет напряженно-деформированного состояния при вытяжке с учетом анизотропии // Кузнечно-штамповочное производство. 1963.-№9,- С. 15-19.

53. Колмогоров В.Л. Механика обработки металлов давлением. Екатеринбург: Уральский государственный технический университет (УПИ), 2001.-836 с.

54. Колмогоров В.Л. Механика обработки металлов давлением. М.: Металлургия, 1986. - 688 с.

55. Колмогоров В.Л. Напряжение деформации, разрушение. М.: Металлургия, 1970. - 229 с.

56. Колмогоров В.Л., Мигачев Б.А., Бурдуковский В.Г. Феноменологическая модель накопления повреждений и разрушения при различных условиях нагружения. Екатеринбург: УрОРАМ, 1994. - 104 с.

57. Кудрявцев И.П. Текстуры в металлах и сплавах. М.: Металлургия, 1965.-292 с.

58. Кузин В.Ф. Влияние анизотропии на разностенность при вытяжке с утонением стенки // Обработка металлов давлением. Тула: ТПИ, 1971. - С. 171 - 176.

59. Кузин В.Ф., Юдин Л.Г., Ренне И.П. Изменение показателя анизотропии в процессе многооперационной вытяжки с утонением стенки // Прогрессивная технология глубокой вытяжки листовых материалов. Тула: ТПИ, 1968.-С. 229-234.

60. Лемешев П.В. Производственный опыт разработки прогрессивных техпроцессов штамповки тонколистовых деталей. М.: Изд-во НПО «Энергия», 1983. .-60 с.

61. Листовая штамповка: Расчет технологических параметров: Справочник / В.И. Ершов, О.В. Попов, A.C. Чумадин и др. М.: изд-во МАИ, 1999.-516 с.

62. Малинин H.H. Прикладная теория пластичности и ползучести. М.: Машиностроение. - 1975. - 400 с.

63. Малинин H.H. Технологические задачи пластичности и ползучести. М.: Высшая школа, 1979. - 119 с.

64. Малов А.Н. Производство патронов стрелкового оружия. М.: Оборонгиз, 1947. - 414 с.

65. Маркин A.A., Яковлев С.С. Влияние вращения главных осей ортотропии на процессы деформирования анизотропных, идеально-пластических материалов // Механика твердого тела. 1996. - №1. - С. 66 -69.

66. Маркин A.A., Яковлев С.С., Здор Г.Н. Пластическое деформирование ортотропного анизотропно-упрочняющегося слоя // Вести АН Беларус-сии. Технические науки. Минск. - 1994. - №4. - С. 3 - 8.

67. Мельников Э.Л. Холодная штамповка днищ. М.: Машиностроение, 1986. 192 с.

68. Микляев П.Г., Фридман Я.Б. Анизотропия механических свойств металлов. М.: Металлургия, 1986. - 224 с.

69. Недорезов В.Е. Глубокая вытяжка листового металла. М., Л.: Машгиз, 1949. - 104 с.

70. Неймарк A.C. К вопросу об определении параметров анизотропии ортотропных материалов // Известия вузов СССР. Машиностроение. 1975. -№ 6. - С. 5 - 9.

71. Некоторые пути управления текстурой и структурой сварных соединений а сплавов титана / P.A. Адамеску, C.B. Гребенкин, Е.Ю. Поликарпов и др. // Известия высших учебных заведений. Цветная металлургия. -1986.-№5.-С. 93-96.

72. Нечепуренко Ю.Г. Перспективные технологии изготовления цилиндрических изделий. Тула: ТулГУ, 2001. - 263 с.

73. Нечепуренко Ю.Г., Яковлев С.П., Яковлев С.С. Глубокая вытяжка цилиндрических изделий из анизотропного материала. Тула: ТулГУ, 2000. -195 с.

74. Обозов И.П. Анализ процесса свертки с утонением стенки // Исследования в области пластичности и обработки металлов давлением. Тула: ТПИ, 1973. - Вып. 29. - С. 194 - 208.

75. Овчинников А.Г. Основы теории штамповки выдавливанием на прессах. М.: Машиностроение, 1983. - 200 с.

76. Овчинников А.Г., Жарков В.А. Исследование влияния анизотропии на вытяжку листового металла // Известия вузов. Машиностроение. 1979. -№ 8. - С. 94 - 98.

77. Огородников В.А. Оценка деформируемости металлов при обработке давлением. Киев: Вища школа, 1983. - 175 с.

78. Поликарпов Е.Ю. Вытяжка ступенчатых деталей из анизотропного материала // Известия ТулГУ. Серия. Механика деформированного твердого тела и обработка металлов давлением. 2004. - Вып. 2. - С. 86 - 93.

79. Поликарпов Е.Ю. Совершенствование технологии холодной штамповки полусферических тонкостенных днищ // Известия ТулГУ. Серия. Механика деформированного твердого тела и обработка металлов давлением. -2004. Вып. 3.-С. 141 - 147.

80. Полухин П.И., Горелик С.С., Воронцов В.К. Физические основы пластической деформации. М.: Металлургия, 1982. - 584 с.

81. Попов Е.А. Основы теории листовой штамповки. М.: Машиностроение, 1968. - 283 с.

82. Попов Е.А., Ковалев В.Г., Шубин И.Н. Технология и автоматизация листовой штамповки. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000. -480 с.

83. Прогрессивные технологические процессы холодной штамповки / Ф.В. Гречников, А.М. Дмитриев, В.Д. Кухарь и др. / Под ред. А.Г. Овчинникова. М.: Машиностроение, 1985. - 184 с.

84. Работнов Ю.Н. Механика деформируемого твердого тела. М.: Наука, 1979. - 744 с.

85. Ренне И.П., Басовский JI.E. Ресурс пластичности при волочении, вытяжке с утонением и гидропрессовании // Обработка металлов давлением. Свердловск: УПИ. - 1977. - Вып.4. - С. 92 - 95.

86. Ресурс пластичности при вытяжке с утонением / JI.E. Басовский, В.П. Кузнецов, И.П. Ренне и др. // Кузнечно-штамповочное производство. -1977.-№8.-С. 27-30.

87. Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. Д.: Машиностроение, 1979. - 520 с.

88. Рузанов Ф.И. Локальная устойчивость процесса деформации орто-тропного листового металла в условиях сложного нагружения // Машиноведение / АН СССР. 1979. - №4. - С. 90 - 95.

89. Рузанов Ф.И. Определение критических деформаций при формообразовании детали из анизотропного листового металла // Машиноведение. -1974.-№2.-С. 103- 107.

90. Сегал В.М. Технологические задачи теории пластичности. Минск: Наука и техника, 1977. - 256 с.

91. ЮО.Селедкин Е.М., Гвоздев А.Е. Математическое моделирование процессов формоизменения заготовок. М.: Академия проблем качества; ТулГУ, 1998.-225 с.

92. Ю1.Селедкин Е.М., Йунис K.M., Селедкин С.Е. Исследование процесса вытяжки листового анизотропного металла методом конечных элементов // Механика деформируемого твердого тела и обработка металлов давлением. -Тула: ТулГУ, 2002. Часть 1. - С. 257-265.

93. ЮЗ.Скуднов В.А. Закономерности предельной пластичности металлов // Проблемы прочности. 1982. - №9. - С. 72 - 80.

94. Смирнов B.C. Теория обработки металлов давлением. М.: Металлургия, 1973. - 496 с.

95. Смирнов B.C., Дурнев В.Д. Текстурообразование при прокатке. -М.: Металлургия, 1971. 254 с.

96. Смирнов-Аляев Г.А. Сопротивление материалов пластическому деформированию. Л.: Машиностроение, 1978. - 368 с.

97. Соколов Л.Д., Скуднов В.А. Закономерности пластичности металлов. М.: ООНТИВИЛС. - 1980. - 130 с.

98. Соколовский В.В. Теория пластичности. М.: Высшая школа, 1969.-608 с.

99. Степанский Л.Г. Расчеты процессов обработки металлов давлением. М.: Машиностроение, 1979. - 215 с.

100. Ю.Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением.- М.: Машиностроение, 1977. 423 с.

101. Ш.Талыпов Г.Б. Исследование эффекта Баушингера // Известия АН СССР. Механика и машиностроение. 1964. - № 6. - С. 131 - 137.

102. Талыпов Г.П. Пластичность и прочность стали при сложном на-гружении. Л.: Изд-во ЛГУ. - 1968. - 134 с.

103. Теория пластических деформаций металлов / Е.П. Унксов, У. Джонсон, В.Л. Колмогоров и др. / Под ред. Е.П. Унксова, А.Г. Овчинникова.- М.: Машиностроение, 1983. 598 с.

104. Томилов Ф.Х. Зависимость пластичности металлов от истории деформирования // Обработка металлов давлением. Свердловск: УПИ, 1987. -С.71-74.

105. Томленов А.Д. Пластическое деформирование металлов. М.: Металлургия, 1972. - 408 с.

106. Пб.Углов A.JL, Гайдученя В.Ф., Соколов П.Д. Оценка деформационной анизотропии механических свойств сплавов акустическим методом // Обработка металлов давлением. Свердловск: УПИ, 1987. - С. 34 - 37.

107. Хван Д.В. Технологические испытания металлов. Воронеж: Изд-во Воронежского ун-та, 1992. - 152 с.

108. Хилл Р. Математическая теория пластичности. М.: ГИТТЛ, 1956.- 408 с.

109. Цой Д.Н. Волочение тонкостенной трубы через коническую матрицу // Известия АН СССР. Механика твердого тела. 1987. - № 4. - С. 182 -184.

110. Цой Д.Н. Предельная степень вытяжки анизотропной листовой заготовки // Известия вузов. Машиностроение. 1986. - № 4. - С. 121 - 124.

111. Шевелев В.В., Яковлев С.П. Анизотропия листовых материалов и ее влияние на вытяжку. М.: Машиностроение, 1972. - 136 с.

112. Шляхин А.Н. Оценка надежности технологических переходов глубокой вытяжки осесимметричных цилиндрических деталей без утонения // Вестник машиностроения. 1995. - №4. - С. 33 - 36.

113. Шляхин А.Н. Прогнозирование разрушения материала при вытяжке цилиндрических деталей без утонения // Вестник машиностроения 1995.- №5.- С. 35 37.

114. Шляхин А.Н. Расчет напряжений в опасном сечении при вытяжке без утонения цилиндрических деталей // Кузнечно-штамповочное производство. 1995.-№6.-С. 8- И.

115. Шофман JI.А. Теория и расчеты процессов холодной штамповки. -М.: Машиностроение, 1964. 365 с.

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

117. Яковлев С.П., Яковлев С.С., Андрейченко В.А. Обработка давлением анизотропных материалов. Кишинев: Квант. - 1997.- 331 с.

118. Babel H.W., Frederick S.F. // J.Metals, 1968, v.20. р.32-38.

119. Baltov A., Savchuk A. A Rule of Anisotropik Harolening // Acta Mechanica. 1965. - Vol.1. - №2. - P. 81-92.

120. Bhattacharyya D., Moltchaniwskyi G. Measurements of Anisotropy by the Ring Compression Test // J. Mech. Work. Technol. -1986. 13. - №3. - P. 325 -330.

121. Bowen A.W.//Scr. met., 1977, v.l 1. P. 17-21.

122. Fukuda M. Mathematical Analysis on the Relation between Crystal-lograpln Texture and Lankford value in Steel Sheet // Trans. Iron Steel Inst. Japan.- 1968. V. 8.-P. 68.

123. Fukuda M. Mathematical Analysis on the Relation between Crystal-lograpln Texture and Lankford value in Steel Sheet // Trans. Iron Steel Inst. Japan.- 1968.-V. 8.-P. 68.m

124. Hasegawa A., Nishimura T., Ohtani S. The texture hardening of titanium and alloy sheet // Titanium Sci. and Technol. New-York - London. - 1973.-V. 2.-P. 1349.

125. Hasegawa A., Nishimura T., Ohtani S. The texture hardening of titanium and alloy sheet // Titanium Sci. and Technol. New-York - London. - 1973. -V. 2.-P. 1349.

126. Korhonen A.S. Drawing Force in Deep Drawing of Cylindrical Cup with Flatnosed Punch // Trans. ASME J.Eng. Jnd. -1982. -104. №1. -P. 29-37.

127. Korhonen A.S., Sulonen M. Force Requirements in Deep Drawing of Cylindrical Shell // Met. Sci. Rev. met. -1980. -77. №3. -P. 515 - 525.

128. Lankford W.T., Snyder S.C., Bauscher J.A. New criteria for predicting the press performance of deep drawing sheets // Trans ASM. 1950. - V. 42. - P. 1197.

129. Lankford W.T., Snyder S.C., Bauscher J.A. New criteria for predicting the press performance of deep drawing sheets // Trans ASM. 1950. - V. 42. - P. 1197.

130. Lilet L., Wybo M. An investigation into the effect of plastic anisotropy and rate of work-hardening in deep drawing. // Sheet Metal Inds. 41. - №450, 1964.

131. Smith T. G. The influence of preffered crystallographic orientation on through thickness strength of austenitic stainless steel sheet // Textures Mater. Proc. 5-th Int. Conf. Aachen. Berlin e.a. Springer Yerlag. - 1978. - V. 2. - P. 485494.

132. Smith T. G. The influence of preffered crystallographic orientation on through thickness strength of austenitic stainless steel sheet // Textures Mater. Proc. 5-th Int. Conf. Aachen. Berlin e.a. Springer Yerlag. - 1978. - V. 2. - P. 485-• 494.

133. Wilson D.U., Butler R.D. The role of cup-drawing tests in measuring draw-ability // J. Inst. Metals. Vol. 90. - № 12. - 1962.

134. Wu M.C., Yeh W.C. Some Considerations in the Endochronic Description of Anisotropic Hardening // Acta. Mech. -1987. 69. - №1. - P. 59 - 76.

135. ЗАКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО «3 А В ОД ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО ГО МАШИНО СТРОЕНИ Я РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЙ КОРПОРАЦИИ «ЭНЕРГИЯ» имени С.П. КОРОЛЕВА»1. Утверждаю1. На №

136. Первый вице-президент ОАО РКК «Энергия» им. С.П. Королева, директор ЗАО «ЗЭМ^Е|#1. А ф: С*рёАа!пов'Г-• ш ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ^ ^в>":о машиностроения ^ s:1. НКГМИЧИ-К- .1 О;апрелл2О0в г1. АКТо внедрении результатов научно-исследовательской работы

137. Новые технологические процессы обеспечивают: увеличение удельной прочности (раз) -1,5.1,7; уменьшение массы (раз) 1,5; снижение трудоемкости (раз) - 2.3; увеличение коэффициента использование материала, (с/до) - 0,3/0,7.

138. Заместитель директора по экономике и финансам1. А.В. Литвинов1. УТВЕРЖДАЮ»1. ОБ ИСПОЛЬЗОВАНИИ РЕЗУ

139. Высота ¡100 Радиус детали 1345,4

140. Условный предел текучести 195.7 Исходная толщина заготовки 3,5

141. А 1277,24 Кэффиц. вытяжки 0,844п ¡0.256 Радиус прижима |2б

142. Коэффиц анизотоопии о,6 Радиус матрицы |20

143. Предел прочности 375 Коэффиц трения ¡0,050716 Давление прижима 5"и Предельная повреждаемость |1

144. Расчет первой операции Расчет последующих операций1. Ввести имя Файла

145. С Вводятся заголовкЦвывод в шин Файл!1. Имя Файла для вывода:1. TestRS.txt

146. Предельные возможности Формоизменения1. Силовые режимы

147. Расчет предельных возможностей формоизменения по накоплению микроповреждений

148. Расчет предельных возможностей по максимальной величине осевого напряжения

149. ArrayList Parray=new ArrayListO; string FileNameSerial = "ParmsTitan.bin"; Common ArrayParms = new Common(); Parmsln ParmsCurrent;

150. STAThread. static void Main() (Application.Run(new Forml());}private void FormlLoad(object sender, System.EventArgs e) {

151. DeSerializeParms(); if (ArrayParms.AlParms.Count!=0) DisplayParms(true);private bool Culculation(ref drawing drawingax) {

152. Parmsln CurrParms = new Parmsln(); DisplayParms(true);

153. CurrParms=(Parmsln)ArrayParms.AlParmsArrayParms.CurPass-1. ;

154. H=double.Parse(tbH.Text) ; if (CurrParms.H!=0.0) H=CurrParms.H; Initial(drawingax); if(ExcelTitan.Pass==2)drawingax.rnl=ExcelTitan.rnl;int i=0; while(true)if(OnlyOneCountInPassl==true) {

155. ExcelTitan.AddPrelative(drawingax.Prelative());if(drawingax.HInStock()drawingax.ElementarySquareCO.0)

156. Culculation(ref drawingax); double

157. Sigmarho3=(double)drawingax.ALsigmarhodrawingax.ALsigmarho.Count-1.;double

158. Sigmas3=(double)drawingax.ALsigmasdrawingax.ALsigmas.Count-1.;

159. Fil=Sigmarho3-Sigmas3; Fi=0.Od;do {drawingax=new drawingO; if(rbrn.Checked==true) {rnl=rnl+h; drawingax.rnl=rnl;} else {rn=rn-h; drawingax.rn=rn;} Initial(drawingax); if(Fi!=0.0d)

160. Fil=Fi; Culculation(ref drawingax);

161. Sigmarho3=(double)drawingax.ALsigmarhodrawingax.ALsigmarho.Count-1.;

162. Srho=(double)drawingax.ALsigmarhodrawingax.ALsigmarho.Count-1.; double

163. CurSrho=(double)drawingax.ALsigmarhodrawingax.ALsigmarho.Count-1.;double

164. CurSs=(double)drawingax.ALsigmasdrawingax.ALsigmas.Count-1.;if(Math.Abs(CurSrho)-Math.Abs(CurSs)<=5) break;if(Math.Abs(CurSrho)<Math.Abs(CurSs))rn=rn-deltaR;}elsern=rn+deltaR;}

165. ExcelTitan.rnl=ExcelTitan.rnl; tBrn.Text=ExcelTitan.rn;if(Rm>0d) {tBRm.Text=Rm.ToString() ; tBRpr.Text=Rm.ToString() ;if(ExcelTitan.LimitDamaginPassCount==2) {

166. R/(-Pi*rnl+Pi*R-2.0*R); return angle;public double GetAngleTor3(double square) {double Pi=Math.PI; double R=Rprc(); double angle=l.0/6.0*(-Pi*Math.Pow(R,2d)+Math.Pow(R,2d)*Pi*Math.Pow(2,0.5)+3.0*square)

167. R/(Pi*rnl+Pi*R-2.0*R); return angle;public double GetAnglesCountTorl() {

168. Вычисление расстояния от rgrl до ближайшей точки разбиения на2.ом участкеdouble rho=GetRhoOnPlane2(ElementarySquare*(count)); double balance = rho; return balance;private double GetelementaryH() {if(ElemSquareStatic==0.0) {

169. ElementarySquare=GetSquare(3)/SquaresCount; ElemSquareStatic=ElementarySquare;else {

170. MessageBox.Show("rgr2>rgrl!!!, Попробуйте зафиксироватьrn");return false;if(ElemSquareStatic==0.0) {

171. ElementarySquare=GetSquare(3)/SquaresCount; ElemSquareStatic=ElementarySquare;else {

172. ElementarySquare убираю, то все верно while(FirstSq<Od)

173. MessageBox.Show("(double)ALrOte.<(double)ALrO[te+1]!!!"); }else {

174. Math.Pow( Math.Pow(sigmarho,2.0)*(Math.Pow(Al,2.0)

175. Pl=2d*Math.PI*rn* sO *(1-md)/md*sigmab;

176. SigmaRhoPrev=(double)ALsigmarhoALsigmarho.Count-1.;double

177. Math.Pow( Math.Pow(sigmarho,2.0)*(Math.Pow(Al,2.0)4.0)+4.0*B,0.5);

178. ALsigmarho.Add(sigmarho); ALsigmateta.Add(sigmateta)/ double delta;delta=(double)ALrALr.Count-2.-(double)ALr[ALr.Count-1] force(rho,sigmarho,sigmateta, delta,false, 9999);

179. ALsigmas.Add(sigmas); Rmcnd=Rmc()/s 0;double SigmaRhoPred=(double)ALsigmarhoALsigmarho.Countlbdouble

180. CosPhil+mu*SinPhil)/(a-SinPhil))*( phi-GetAngleTor3(ElementarySquare*(double)(istep-1))) ;double A1=2.0*R/(1.0+R) ; double B=Math.Pow(sigmas,2.0); sigmateta=Al*sigmarho/2.0-0.5*

181. Math.Pow( Math.Pow(sigmarho,2.0)*(Math.Pow(Al,2.0)4.0)+4.0*B,0 . 5) ;

182. ALepsepred=new ArrayList();double . ToCopy=new double[ALepse.Count];1. ALepse.CopyTo(ToCopy);foreach(double valueToCopy in ToCopy)

183. GetSquareFl()+GetSquareF2()+GetSquareF3()+squareAdded+sqTor32)/Math.PI*4.0 ,0.5)/2.0?

184. ALrOALrO.Count-j.=r0; squareAdded+=ElementarySquare;if(pointsInH==0)sdvig=ALrO.Count-j-1; return ALrO;public ArrayList GetROListO {double p3=GetAnglesCountTor3(); double p2=GetCountSteps2();double

185. TotalPoints=GetAnglesCountTor3()+GetCountSteps2()+GetAnglesCountTorl() +1 ; ALrO=new ArrayList((int)TotalPoints);for(int i=0;i<(int)TotalPoints;i++ ) {1. ALr0.Add(rnl);double r0=0.0; double squareAdded=0.0; int j=l;while(r0<=rnl) {r0=Math.Pow(

186. Directory.CreateDirectory(@"C:\Temp");int Nuch=l;if (¡File.Exists(path)) {using (FileStream fs = File.Create(path)) {fs.Close();if(InOneFile==false)

187. File.Delete(path); using (StreamWriter sw = new StreamWriter(path,true,System.Text.Encoding.Default)/*File.AppendText(path) *//*C reateText(path)*/)sw.WriteLine(); if (InOneFile==true)sw.WriteLine(HeaderText); sw.WriteLine(); string

188. PrintStr=i.ToString().PadRight(3)+sl.ToString().PadRight(12)+s2.ToString().PadRi ght(12)+s.ToString().PadRight(12);

189. PrintStr+=sigmas.ToString().PadRight(12) ;

190. PrintStr+=sigmai.ToString().PadRight(12)+sigma.ToString().PadRight(12)+ epsipr.ToString().PadRight(12);

191. PrintStr+=r.ToString().PadRight(12); PrintStr+=we.ToString().PadRight(12); PrintStr+=epse.ToString().PadRight(12); double rO=Math.Round((double)ALrO1.,2); PrintStr+=rO.ToString().PadRight(12); doubledeltaepse=Math.Round((double)Abdeltaepse1.,7);

192. PrintStr+=" "+deltaepse.ToString().PadRight(12);if (i==stepl+step2+step3) {double P=Math.Round((double)ALPiint)stepl-(int)step2-l.,2); md="+md.ToString(); Rprc="+Rprc().ToString(); R mc="+Rm c() .ToStringO;

193. PrintStr+="\n P="+P.ToString()+"\n1. PrintStr+="\n1. PrintStr+="\n

194. ArrayList al=(ArrayList)ALindex.; return al.Add(element);public int AddToCurrentSieres(int index, string element)

195. ArrayList al=(ArrayList)ALindex.; return al.Add(element);public void AddAL(int CountOfArrays)for(int i=0;i<count0fArrays;i++)this.AddSieres(new ArrayList());public void AddDataToAL(string . namesOfSieres)

196. AddAL(names0fSieres.GetUpperBound(0)+1); for(int i=0;i<=names0fSieres.GetUpperBound(0);i++) AddToCurrentSieres(i,namesOfSieres1.);public void AddDataToAL(double .dataForSieres)

197. AddAL(dataForSieres.GetUpperBound(0)+1); for(int i=0;i<=dataForSieres.GetUpperBound(0);i++) AddToCurrentSieres(i,dataForSieres1.);