автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.05, диссертация на тему:Холодное выдавливание цилиндрических заготовок из дилатирующего материала

На правах рукописи

□□348585Э

ЖУРАВЛЕВ АНДРЕЙ ГЕННАДИЕВИЧ

ХОЛОДНОЕ ВЫДАВЛИВАНИЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЗАГОТОВОК ИЗ ДИЛАТИРУЮЩЕГО МАТЕРИАЛА

Специальность 05.03.05 - Технологии и машины обработки давлением

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

- 3 ДЕК 2009

Тула, 2009

003485859

Работа выполнена на кафедре «Физика металлов и материаловедение» в ГОУ ВПО «Тульский государственный университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Тутышкин Николай Дмитриевич

Официальные оппоненты: доетор технических наук, профессор

Яковлев Сергей Сергеевич

кандидат технических наук Травин Вадим Юрьевич

Ведущая организация - Открытое акционерное общество

«ЦКБА» (г. Тула)

Защита состоится « 22 » декабря 2009г. в 14 час. на заседании диссертационного совета Д 212.271.01 при ГОУ ВПО «Тульский государственный университет» (300600, г. Тула, ГСП, просп. им. Ленина, д. 92. 9 корп., ауд. 101).

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

Автореферат разослан « 20 » ноября 2009г.

Ученый секретарь диссертационного совета

А.Б. Орлов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Важнейшим фактором развития машиностроения является разработка новых и совершенствование существующих технологических процессов, обеспечивающих повышение требований к качеству и эксплуатационным свойствам изделий при снижении себестоимости и трудоемкости их производства, экономии материальных и энергетических ресурсов. Процессы обработки металлов давлением (ОМД), к которым относятся и процессы холодного выдавливания, являются высокоэффективными способами изготовления изделий.

Создание усовершенствованных процессов холодного выдавливания требует более детального анализа реологических свойств обрабатываемых материалов. К этим свойствам относится явление пластической дилатансии, связанное с пластическим разрыхлением (или уплотнением) структуры деформируемого материала. Известные теории рассеянной повреждаемости деформируемых металлов основываются на концепции пластического разрыхления их структуры вследствие зарождения микродефектов и роста их размеров. При достижении критической величины пластической разрыхленности (дилатансии) наступает стадия макроразрушения материала (образование и стремительное развитие макротрещин). Модель деформационной повреждаемости, основанная на учете пластической дилатансии, позволяет прогнозировать величину роста пор, степень использования пластичности и опасности разрушения материала. На основе проведенных .исследований разработаны расчеты некоторых параметров процесса пластической дилатансии без учета локальных свойств обрабатываемого материала, связанных с неоднородным распределением напряжений, скоростей, деформаций. Однако перспективная разработка малоотходных ресурсосберегающих технологий ставит перед теорией ОМД новые задачи, требующие применения более совершенных математических моделей деформируемых материалов. Поэтому, актуальной становится задача разработки теории и технологии изготовления цилиндрических деталей из конструкционных материалов с более полным анализом реологических свойств деформируемого материала, включающей учет пластического разрыхления (или уплотнения) структуры деформируемого материала.

Теоретическая часть работы выполнена в соответствии с госбюджетной НИР 54-01 «Разработка ресурсосберегающих процессов формоизменения заготовок при изотермическом нагружении, на основе моделирования и оптимизации структуры и свойств материала» и научно-технической программой Министерства образования и науки Российской Федерации «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010гг.)». Экспериментальные результаты по изучению пластической дилатансии получены в институте механики Берлинского технического университета в рамках Соглашения о научном сотрудничестве между кафедрой механики сплошных сред и материаловедения ТУ Берлин и кафедрой физики металлов и материаловедения ТулГУ.

Цель работы. Повышение эффективности процессов холодно; выдавливания цилиндрических заготовок на базе развития теории пластическо] деформирования дилатирующих материалов, приводящее к повышени эксплуатационных характеристик, сокращению сроков подготов! производства, снижению трудоемкости и металлоемкости изготовления деталей.

Для достижения указанной цели в работе поставлены и решены следующ» задачи исследований:

1. Сформулировать определяющие соотношения для анали: пластического формоизменения осесимметричных деталей, с учето пластической дилатансии деформируемого материала.

2. Провести теоретические исследования процесса обратного выдавливав цилиндрических деталей с учетом пластической дилатансии.

3. Установить зависимости влияния технологических параметров { напряженное и деформированное состояния заготовки, силовые режимь повреждаемость материала и предельные возможности деформирования.

4. Получить результаты экспериментальных исследований влияни предельной деформации на повреждаемость материала с учетом пластическо дилатансии материала. .

5. Разработать рекомендации по проектированию технологически процессов, обеспечивающие заданное качество их изготовления, уменьшен« трудоемкости и металлоемкости деталей.

Методы исследования. Исследования операции обратного выдавливания осесимметричных деталей выполнены с использованием основных положений теории пластичности с учетом пластической дилатансии материала. Расче силовых параметров процесса проведен численно методом локальных вариаций. Анализ напряженного и деформированного состояния заготовки осуществлен путем совместного решения дифференциальных уравнений равновесия, уравнения состояния и основных определяющих соотношений при заданных начальных и граничных условиях. Предельные возможности формоизменения исследуемых процессов деформирования оценивались по величине напряжений в очаге пластической деформации, феноменологическому критерию разрушения материала, связанного с накоплением микроповреждений, и критерию локальной потери устойчивости.

Автор защищает:

- определяющие соотношения для анализа процесса объемного выдавливания цилиндрических деталей с учетом пластической дилатансии деформируемого материала;

результаты теоретического исследования • процесса холодного выдавливания цилиндрических деталей из пруткового материала с учетом пластической дилатансии;

- зависимости влияния технологических параметров на напряженное и деформированное состояния заготовки, повреждаемость материала и предельные возможности деформирования;

- результаты экспериментального исследования пластической дилатансии изучаемых конструкционных материалов;

рекомендации по проектированию технологических процессов изготовления штампового инструмента с использованием операции холодного

выдавливания.

Научная новнзна: разработан метод анализ процесса холодного выдавливания цилиндрических деталей с учетом пластической дилатансии, позволяющий проводить оценку напряженно-деформированного состояния с определением шаровых напряжений; выявлены закономерности влияния пластической дилатансии на повреждаемость деталей и предельные возможности деформирования в зависимости от технологических параметров процесса.

Практическая значимость. На основе выполненных исследований разработаны рекомендации по расчету технологических параметров операций прямого и обратного выдавливания цилиндрических заготовок из дилатирующих конструкционных материалов, приводящие к повышению эксплуатационных характеристик деталей.

Реализация работы. Рекомендации по расчету технологических процессов изготовления матриц прямого и обратного выдавливания из стали 50 и стали У12А приняты к внедрению в опытном производстве ОАО «ТНИТИ» (г. Тула). Результаты диссертационной работы использованы в учебном процессе по направлению 150400 «Технологические машины и оборудование», а также в научно-исследовательской работе студентов.

Апробация работы. Результаты исследований доложены на Всероссийской научно-технической конференции «Новые материалы и технологии машиностроения» (г. Рубцовск, 2004г.), на Х1-й международной конференции «Взаимодействие дефектов и неупругие явления в твердых телах» (г. Тула, 2007г.), а также на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Тульского государственного университета (г. Тула, 2005-2008 гг.).

Публикации. Материалы проведенных исследований отражены в 4 статьях в рецензируемых изданиях, внесенных в список ВАК, 1 монографии, в 1 тезисах международной научно-технических конференции объемом 5,3 печ. л.; из них авторских - 3,8 печ. л.

Автор выражает глубокую благодарность д.т.н., профессору А.Е. Гвоздеву за оказанную помощь при выполнении работы.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения и четырех разделов, заключения, списка использованных источников из 100 наименований, 1 приложения и включает 99 страниц машинописного текста, содержит 24 рисунка и 3 таблицы. Общий объем -110 страниц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

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

В первом разделе рассмотрено современное состояние теории и технологии холодного выдавливания конструкционных материалов, проведен анализ существующих технологических процессов изготовления пространственных деталей сложных форм холодной объемной штамповкой, которая обеспечивает получение деталей с высокой точностью размеров и качеством поверхности,

намечены пути повышения эффективности изготовления деталей, обоснована постановка задач исследований.

Значительный вклад в развитие-теории пластичности, методов анализа процессов объемной ОМД внесли: A.A. Богатов, С.И. Губкин, Г .Я. Гун, Г.Д. Дель, A.M. Дмитриев, А. Дрешер, Д. Друкер, A.A. Ильюшин, Л.М. Качанов, B.J1. Колмогоров, В.Д. Кухарь, Э.С. Макаров, С.И. Мижирицкий. Ф.А. Макклинток, А.Г. Овчинников, В.А. Огородников, С.С. Одинг, Е.А. Попов, Ю.Н. Работнов, Е.И. Семенов, C.B. Смирнов, И.Я. Тарновский, А.Д. Томленов, Е.П. Унксов, С. Кобояши, Р. Хилл, С.П. Яковлев, С.С. Яковлев и другие.

На основе проведенного обзора работ следует, что при анализе технологических процессов ОМД учитываются в основном начальные механические свойства материала без учета изменения его объема. В процессе пластической деформации из-за неоднородности происходит значительное изменение механических свойств, существенно влияющих на силовые режимы и предельные возможности формоизменения, а изменение объема влияет на качество получаемых деталей. Существующие в заводской практике методы расчета технологии холодного выдавливания цилиндрических деталей не учитывают влияние пластической неоднородности и изменения объема при деформации. Реализация эффективных технологий изготовления деталей высокого качества встречает затруднения и часто уступает место менее рациональным процессам механической обработки.

На основе поставленных задач для теоретического анализа процессов осесимметричного пластического формоизменения сформулированы основные соотношения и уравнения, используемые при теоретических исследованиях.

Пластическое течение рассматриваемого тела, должно удовлетворять дифференциальным уравнениям равновесия сплошной среды в системе

цилиндрических координат г,~,в: fa

^ дг dz

Я Я ^ ' N W

дг г да ] .

—2- + —+—- I =0

дг г dz уравнению неразрывности

,до о доз. dp dp п

дг г dz or dz где сгг,сгг,сгв,г„ - отличные от нуля компоненты тензора напряжений; и,со -составляющие скорости перемещения вдоль оси г и г\р- плотность среды, р = р0(ехр-г); Рц .-. начальная плотность; е- объемная деформация

(дилатансия ), е = je dt ; е - скорость дилатансии; t - время.

Связи между напряжениями и скоростями деформации соответствуют гипотезе о подобии и коаксиальности девиаторов напряжений и тензора скорости деформации.

Тс -а), (3)

где Л. = Н/2Т - коэффициент, пропорциональный мощности пластической деформации; а-среднее напряжение.

Интенсивность касательных напряжений и интенсивность скоростей

деформации сдвига определяется по известным зависимостям:

Т = ^дл1(ог-ев)2+ (<*е-с2?+ £ .

Н = +(¿9 -К)1 +(4-К)2 ЦЯ .

Общее условие текучести изотропного дилатирующего материала формулируется в виде:

/ = Т - к(а,р) = 0, (4)

где к - некоторая функция аир.

Для расчета технологических процессов ОМД будем использовать условие текучести Грина, которая описывается кривой Ламе (рис.1),

'П . .Г7Т7

а + с | (Т \ „ , , а + с

—гЬп К=ьг—

Для определения материальных функций а, Ь, с, (рис.1), содержащихся в условиях текучести, составлены три уравнения

3 с + Яр

За 3 с + Яс За

' Д. 4

•ч/зЬ

Ль

1;

-Ъ И (6)

Рис. 1. Условие текучести Грина

где Яр,Ис,Кк - напряжения текучести в экспериментах по одноосному растяжению, одноосному сжатию и кручению круглых образцов.

Согласно работам Л.М. Качанова для состояния текучести имеем:

- при одноосном растяжении а = ^ Яр,

- при одноосном сжатии а = - ^ Пс, Г = ^/д Яс;

- при кручении £7 = 0, Т = Як.

Исключая из уравнений (6) а и Ъ, приходим к уравнению относительно с:

(Зс.+ ЯР)[ЯС - (>/зД4)] + (3с - Дс)[(л/3) - Як] = 3с(Яс - Яр).

После нахождения с вычисляем а и по Ъ формулам

Условие текучести Грина удобно использовать в виде эллипса, тогда имеем:

/=(ст-с)\£_т1. (7)

.-/^-^Ц; с-^51. (8)

Ч 2(3 Л^-ЯД)

Во втором разделе для анализа процессов объемной деформации

рассмотрен метод, основанный на составлении основного энергетического

уравнения, которое характеризует состояние материала при данных условиях

обработки. На основе метода баланса мощностей записывается функционал,

представляющий собой разность мощностей внутренних и внешних сил,

действующих на систему:

IV -IV =0 "внутр. "внешн.

Под мощностью внутренних сил понимаются затраты мощности

пластической деформации и мощности сил трения на контактной границе с

инструментом, определяемые выражением:

IV = ¡V + (V " внутр. " пл. т ' тр. >

где Шт - пластическая компонента мощности; УУтр - компонента мощности сил трения.

Мощности внутренних и внешних сил, используемых для расчета:

К, = Ь^'7; ^ = I= •

У Н: Я

где (Ту • компоненты напряжений; ёу - компоненты скоростей деформации; V - объём; /- коэффициент трения; [ук] - скорость скольжения металла по инструменту; Fн: - площадь контакта границы с инструментом; X -вектор поверхностных сил; V - вектор скорости движения инструмента (скорости деформирования); 5 - площадь торца рабочей части инструмента.

Функционал, используемый для анализа процесса пластического формоизменения дилатирующих сред, имеет вид:

\(сге+ТН)с1У+^тХ\УР<+\ХУс1Б = Ъ. (9)

V Р 5

Составленный функционал решается методом локальных вариаций. Метод заключается в варьировании с достаточно малым шагом заданного произвольного кинематически возможного для рассматриваемых процессов формоизменения поля скоростей перемещения и нахождения

соответствующих каждому варьируемому значению поля скоростей значений мощности и выбору среди них минимального.

Рассмотрим этот подход на процессе обратного выдавливания, схема которого представлена на (рис. 2). На основе конечно-элементной дискретизации сплошной среды представим материал в виде системы дискретных элементов, а состояние элемента опишем с помощью обобщенных клеточных переменных с использованием вариационных принципов механики. Разобьем область деформации на четырехугольные элементы; для чего проведем в плоскости, проходящей через оси г и г, два семейства прямых: г = а + ./-Лг] z = b + i■Ь.z\, где а и Ъ - произвольны; Аг> О, Дг> 0.

Прямые этих семейств, пересекаясь в точках Ру, разбивают плоскость на равные прямоугольники со сторонами Дг и Дг. Размеры сторон и величина шага варьирования выбраны с учетом получения необходимой точности расчета. На основании априорной информации задано поле скоростей перемещений по оси г в узловых точках Ру. При этом результирующее

значение этой скорости (ее вектор) для каждой рассматриваемой точки

определяется как: V = \1иг +со2 . Эта скорость связана со скоростью перемещения инструмента (например, К0 = 0,2 м/с) геометрически. В произвольно расположенной точке М на основании инструмента (пуансона) V = , а в точке Ы, расположенной в уже деформированной зоне, данная

Ы

скорость определяется: V = -У0 г 2.

Представим функционал (9) в виде суммы функционалов по ячейкам, исключаем, член, определяющий мощность внешних сил:

где /у - функционал от функции по ячейке с вершинами Функционал (9) представим следующим выражением:

V р

Подставим в него значение напряжения текучести, скорости деформации, интенсивности скорости деформации сдвига, интенсивность касательных напряжений, доопределенные через условие текучести. Считаем, что на контактной границе деформируемой среды и пуансона а> = У0. После подстановки получаем:

а<.(ди и ЭйЛ * 1 — + - + — +

а- г

у да>У [ (да дкУ [ З^до . дф^2

дг дг) 21 & дг

• Яу • е&* • ак + 2/

05 'л/3

(10)

© Ли © Рц Ли )

© ли.1+1/

Рис. 2. Расчетная схема пластической деформации

Используя полученные формулы, функционал (10) для точки Рц можно представлять в виде суммы:

I, =(/, +12 +/3 +/4). Л,-Аг-Аг^/.т, .{К„-Д,).

Выражения для определения /,, /2, , I, приведены в работе [2].

Вычисление функционала (10) начнем с вычисления поля значений составляющей скорости перемещения вдоль оси г. Для чего используем условие неразрывности (2), из которого дг!

ойч - о),,., + ■

ди и др др -р--р--и-—- - (о ——

дг г дг дг

Выберем достаточно малую величину шага варьирования, значительно меньшую Ду«Р0, но Ли > 0 (например, ¿1и=0,01), изменяем значения первоначально заданного поля скоростей на величину шага в большую и меньшую сторону. Это повлечет за собой изменение значений мощности в

ячейках, представляющих собой непосредственное окружение для данной точки. В каждом приближении для каждой внутренней точки Рц вычисляем

двенадцать значений функции 1. При этом величина скорости в данной точке поля либо приравнивается своему текущему значению ии, либо одному из

значений иц ± До, что определяем наличием минимума при вычислении

функционала. После выполнения вышеописанной процедуры для всех внутренних точек поля Ри, определяем скорректированное поле и

соответствующее ему суммарное значение мощности деформации, и процесс перебора повторяем снова. Он заканчивается тогда, когда разница в значениях функционала нал-йил-1-й итерациях становится не более априорно заданного малого числа, т. е. функционал фактически перестает убывать.

Для численного решения задач методом локальных вариаций разработана программа, позволяющая определять мощность пластической деформации и соответствующее ей действительное поле составляющей скорости перемещения вдоль оси г для любого процесса осесимметричной деформации. В качестве исходных данных в программу вводятся механические характеристики обрабатываемого материала (предел текучести, плотность), размеры ячеек, на которые разбивается область деформации, граничные условия, определяющие интервал варьирования значений кинематически возможной составляющей скорости перемещения вдоль оси г, шаг варьирования скорости.

В третьем разделе приводится анализ процесса осесимметричного холодного обратного выдавливания. Проведение расчетов по определению энергосиловых параметров процесса выдавливания не дает полного представления о возможностях пластического формоизменения и о качестве получаемых полуфабрикатов. Поэтому необходимо проводить анализ напряженно-деформированного состояния.

Исследование процесса осесимметричной деформации осуществлено с использованием поля составляющей скорости перемещения вдоль оси г для

узловых точек, последующему определению поля, а>0- составляющей скорости

перемещения вдоль оси г. Краевые значения соответствовали граничным и

начальным условия. Поля а>0 позволяют для каждой точки полученного поля

определять компоненты скоростей деформации ¿г,£6,£г,Угг, интенсивность

скоростей деформации сдвига Я и интенсивность скорости деформации

Полученные значения скоростей перемещений вдоль осей г иг использованы для определения перемещений. В течение малого промежутка времени среда получает малую деформацию, определяемую перемещениями:

Промежуток времени ( определялся из реального процесса, исходя из глубины внедрения инструмента в металл заготовки и средней скорости деформирования, определяемой характеристиками используемого оборудования.

=яАЯ.

5- = \a-dt. о

о

При малых деформациях компоненты относительных удлинений и относительный сдвиг в случае осесимметричного процесса определялись выражениями:

Е'~ дг'Ев г '£г & 'Гп дг + дг "

Используя полученные значения, определялось значение интенсивности деформации: _

е, =—• - е0)2 + (ее ~ е*)1 + (г2 ~ ггТ + •

При построении статически допустимого поля напряжений, согласованного с кинематически допустимым полем скоростей при осесимметричном течении изотропной дилатирующей среды, конфихурацию предполагаемой области пластической деформации выбираем такой же, как в методе верхних оценок. Эту область разбивали на подобласти (блоки), в каждом из которых плотность дилатирующей среды принимали постоянной и равной средней плотности в рассматриваемом блоке. Аппроксимирующие выражения для напряжений составляем на основе полной системы уравнений теории осесимметричного пластического течения изотропных дилатирующих сред, включающей в себя: уравнения равновесия (1), условие пластичности Грина (8), соотношения ассоциированного закона течения Эи

дг

да

&Г

■ = Я

= Я

2(а + с) + сг,

За2

Ь1

2(сг + с) <Уг 3 а1 Ьг

2(а + с) д,-Ъаг Ъ1

& дг Ъ1

и уравнение неразрывности (2).

Полная система уравнений содержит восемь уравнений относительно восьми неизвестных функций: четыре компонента напряжений аг,<у9,аг,тгх, два компонента вектора скорости и, ю, плотность р и скалярную функцию X.

Предварительно полная система уравнений приводится к системе уравнений в напряжениях. Для этого система дополняется соответствующими граничными условиями в напряжениях и скоростях, формулируемыми так же, как и в теории пластичности несжимаемых сред. Начальное условие для установившихся процессов не формулируются.

В дополнение к вышеуказанным выражениям приведем некоторые зависимости, связанные с уравнением неразрывности, е - объемная деформация

в (11)

где е-компоненты тензора скоростей деформации.

С ассоциированным законом течения связаны соотношения

е = X—; Н = Х®. За дТ

Исключая, X из соотношений (12), получаем

е = 8//до Н д/1дТ' что при условии пластичности Грина дает

е _Ь\а + с) Н~ агТ Из ассоциированного закона течения

Находим тензор напряжений су;у

{ 1еЛх 2 Т.

а„ = \ а---Т & + —£. .

'М 3 Н ) " Н *

(14)

(15)

(16)

Решая совместно уравнения условия пластичности (14) и ассоциированного закона пластического течения (15), выполняя преобразования, находим в пластической области а и Т

Т =

ЪгН

I'

е+Ь2Н2

ст = -с + -Г—Т.

Ь2Н

Из зависимости (16) и определяем отличные от нуля компоненты тензора напряжений

2е7Л„ 2Т ■ ( 2е7Л„ 2Т

3 я

2еГЛс 2Г •

я

2ЕГУ 2Т ■ -=|°-?77 г

Анализ процессов пластического формоизменения с учетом пластической

позволяет с учетом

А,

проводить оценку влияния шаровых

дилатансии и точных методов решения напряженно-деформированного состояния напряжений.

Важным вопросом при проектировании технологии изготовления деталей выдавливанием является определение таких операционных степеней деформации, которые позволяют создать интенсивную технологию и исключить возможность образования в структуре материала крупных полостных дефектов. На развитие повреждаемости материала микродефектами оказывает сильное влияние его напряженно-деформированное состояние. Достоверное Рис. 3. Диаграмма пластичности прогнозирование повреждаемости 1- сталь 50, 2- стальУ12А

деформируемого материала с учетом влияния показателя напряженного состояния а позволяет осуществить кинетическое уравнение. В кинетическое

уравнение входит предельная степень деформации сдвига Агр, которая

является функцией показателя ст. Зависимости Л„р(ст), устанавливаются

диаграммами пластичности, определяемыми экспериментальным путем. В настоящее время накоплена информация о диаграммах пластичности для многих металлов, в том числе и для изучаемых в данной работе стали 50 и стали У12А.

При решении технологических задач удобно пользоваться аналитической аппроксимацией диаграмм пластичности. Диаграммы пластичности вполне удовлетворительно аппроксимируются следующей функцией: А„р = Лехр(-сст),

где А и с параметры находимые по двум экспериментальным точкам 1 ((ст^Л,) и2 ((ст)2;А2)диаграммы пластичности:

^ 1пЛ2 -1пЛ| Л, _ Л2

(^.-(ст),' ехр(-с(ст),) ехр(-с(ст)2

Значения параметров А и с, для диаграмм пластичности стали 50 и стали У12А (рис. 3), приведены в таблице.____

Материал Экспериментальные точки

1 2 А с

Сталь 50 (ст),= 0,6 (ст)2=-2,0 0,953 1,010

А, = 0,52 Л2 = 7,2

стальУ12А (а),= 0,6 (ст)2=-2,0 0,672 0,866

А! =0,40 А2= 3,8

Введем меру повреждаемости (О следующим дифференциальным

соотношением: (1со = —где йа - приращение характеристики

£Пкр

повреждаемости материала в результате приращения с1ец пластического разрыхления; ец = разрыхление металла; ДК„ =ЛК„в + ДК<0 - начальный

объем металла, который складывается из начального объема металла - АУ^ и начальный объем микропор - АУт; АУ, =АУ„ +ДУ„ - конечный объем металла, который складывается из конечного объема металла -АУмг и конечного объема микропор - ДК„; скр - критическая дилатансия.

В современных инженерных расчетах при решении технологических задач пользуются степенной зависимостью между пластическим разрыхлением е„ и накапливаемой деформацией. Степенная модель имеет следующий вид:

где Ь- модуль, а - степенной показатель пластического разрыхления.

В зависимости от величины степенного показателя различают: линейную модель (а = 1) и нелинейную модель (а < 1) для процессов с мягкой схемой напряженного состояния. Согласно степенной зависимости предельная степень

деформации Кпр связана с критической величиной пластического разрыхления £цкр соотношением: £и =ЬА"пр, а приращение пластического разрыхления -

аА°~

Л"

пр

-dA,

de„ =baA"-ldA.

Тогда мера повреждаемости определяется da =

Vr-1//,.

или в интегральной форме at = I--—dA,

о ^яр

где Л^ = Л (а) устанавливается по диаграмме пластичности.

Для определения параметров пластической дилатансии (baa) проведены экспериментальные исследования на кафедре механики сплошных сред и материаловедения Берлинского технического университета в рамках соглашения о научном сотрудничестве.

Были построены экспериментальные зависимости пластической дилатансии от степени деформации сдвига А для изучаемых сталей.

Для построения зависимости £„(Л) проводились опыты на пластическое сжатие цилиндрических образцов с исходными размерами: диаметром d0 = 15мм и высотой И,, = 12мм.

е»

0.04

ода

ЕииМ

О ДО

_ V5"

/

j у |

1 А 4 Ч-

i ir -ь +-■

Aw,

в Лш^в л

Рис. 4. Зависимость величины пластической дилатансии от степени деформации сдвига: 1 - сталь 50; 2 - сталь У12А

Параметры дилатансии Ъ и а в зависимости определялись по опытным зависимостям £„(Л). Составлялись уравнения по точкам в момент достижения предельной деформации Алр и в момент деформации А„р/2 (точки 1, Г для стали 50 и точки 2, 2'для стали У12А), имеем систему следующих двух уравнений: гикр1 = ЬА°р1> гг..,, = Ь(А^ 12).

Параметры зависимости величины пластической дилатансии от степени деформации сдвига для стали 50 и стали У12А приведены в таблице.

Материал Предельная деформация Критическая дилатансия Параметры дилатансии

Ъ а

Сталь50 7,2 0,0417 0,022 0,316

СтальУ12А 3,8 0,0260 0,010 0,700

Рассмотрен процесс пластического деформирования и накопления повреждений при сжатии состоящим из совокупности этапов, уравнение повреждаемости представлено в следующем виде

со

/ = «о + £ д

со.

<г = 1

где «0 - начальная поврежденность материала перед опрацией выдавливания; Ай)к- приращение повреждённости на к- том этапе деформации; п- число этапов, составляющих процесс деформирования.

Приращение повреждаемости на к - том этапе определялось уравнением

аЛГ' А л

Нрк

где Лк, Лл/И- накопленная величина степени деформации сдвига и ее

предельное значение на к - том этапе; ААК- приращение деформации на к - том этапе.

Накопленная величина степени деформации и ее приращение на каждом этапе находятся из известного распределения деформации в пластической области обрабатываемого полуфабриката. Степенной параметр а пластической дилатансии исследуемых сталей уже известен. Предельная деформация А на

к- том этапе определяется по диаграмме пластичности следующим образом. Среднее напряжение на к- том этапе определяется из известных полей напряжений: (д-^ = + + , где (ст,),, (аг2)к, (<т})к- значения

главных напряжений, определенных в пределах к - того этапа.

Интенсивность касательных напряжений Тк по кривым упрочнения,

которые аппроксимировались степенной функцией Т = ВА", где В и п-параметры кривой упрочнения.

Эти параметры находятся по известной точке А = Ар, Т = Тр, в которой заканчивается равномерная деформация образца и начинается образование шейки. Для этой точки характерны следующие соотношения

т

МПа

600 Т.

Тк 400

где ае и сг1р- условный и истинный предел прочности.

300

200

У*-

Я

7 1

п-А„ В = -

л/ЗЛ" л/Зи"

0.э5 0.7 дд, ц05 л

Рис.5. Кривые упрочнения: 1- сталь 50; 2-стальУ12

Выполняя расчеты повреждаемости вдоль траектории движения совокупности частиц материала в пластической области, установили распределение меры повреждаемости в стенках цилиндрической детали после выдавливания.

Повреждаемость материала неравномерно распределяется по толщине стенок детали. Увеличение повреждаемости в зоне контакта материала с пуансоном и матрицей связано с большими накопленными деформациями в этих зонах. Повреждаемость детали из стали У12А больше, чем из стали 50, но и в случае использования и стали У12А наибольшая величина повреждаемости &>ш1Х = 0,54 в слоях на внутренней

¡7

со 00 0.5 0,4 03 0.2 0,1

Рис.б. Распределение повреждаемости по толщине стенки изделия:

1- сталь 50; 2-стальУ12А

поверхности «стакана» меньше допустимой [¿а] = 0,65...0,7.

В целом умеренная повреждаемость материала готовых деталей объясняется реализацией мягкой схемы напряженного состояния в процессе холодного выдавливания. Высокое гидростатическое напряжение а замедляет развитие роста дефектов при больших пластических деформациях

Четвертый раздел посвящен проектированию инструмента (рис. 7) и технологии его изготовления на основе разработанной методики анализа операции холодного выдавливания цилиндрических деталей. Использование данной методики дает возможность прогнозировать силовые и деформационные характеристики, повреждаемость, устанавливать предельные степени формоизменения на операции. На базе операции холодного выдавливания разрабатывать новые высокоэффективные технологические процессы изготовления деталей с рациональным выбором заготовок и режимов

обработки.

Методика рассмотрена на типовом примере изготовления матриц прямого и обратного выдавливания. Для изготовления инструмента с учетом реализуемых силовых условий работы, можно рекомендовать сталь 50 и сталь У12А, представляющие собой наиболее распространенные Рис. 7. Матрицы прямого и обратного

недефицитные стали. выдавливания

Сталь У12А - инструментальная высокоуглеродистая заэвтектойдная с содержанием углерода С = 1,16...1,23%. Сталь 50 - конструкционная среднеуглеродистая, качественная, доэвтектойдная с содержанием С =

1

У/ 1 / '

V 1 1 • / / /

¿25.5 --

0,47...0,55%. Со специальной технологией их изготовления, направленной на получение устойчивой структуры со стабильным кубическим мартенситом и упрочняющей термической обработкой закалкой и отпуском твердость инструмента по Роквеллу может достигать для стали 50 до 58 НЯС, для стали У12А до 64 НЛС. Данные марки сталей выдерживают нагрузки до 1900 Н/мм2. Производственный опыт ведущих предприятий показал, стойкость инструмента из этих сталей достигает 20000 штук деталей.

При изготовлении деталей с высокими эксплуатационными характеристиками должно выполняться условие, по которому допустимая деформация определяется допустимым уровнем поврежденности микропорами. При выборе схемы технологического процесса учитывали результаты анализа напряженного состояния. Влияние распределения напряжений по объему заготовки (приведено в работе 5), а также локальную нагрузку на рабочий инструмент.

Технологический процесс разработан по схеме однопереходной штамповки, при котором заготовки из калиброванной стали 50 (в состояении поставки) диаметром 28мм отрезались длиной 28мм. После операций подготовки поверхности к штамповке (травления и фосфатирования), выдавливались пуансоном с рабочим диаметом 12мм. Дальнейшее формоизменение осуществлялось с использованием операций резания.

Отработка операции холодного выдавливания осуществлялась в специально спроектированном штампе.

Технологический процесс принят к внедрению в опытном производстве на ОАО «ТНИТИ». Технико-экономическая эффективность описанного процесса связана с получением требуемых эксплуатационных свойств и необходимой стойкости деталей за счет повышения качества структуры материала и прогнозирования повреждаемости, сокращением трудоемкости изготовления деталей на 9%, уменьшением металлоемкости заготовок на 5% .

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В работе решена актуальная научно-техническая задача, имеющая важное народнохозяйственное значение для отраслей машиностроения и состоящая в разработке теории и технологии холодного выдавливания цилиндрических деталей с прогнозированием деформационной повреждаемости, позволяющей получать качественную структуру их материала, необходимую для обеспечения требуемых эксплуатационных свойств.

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

1. Сформулированы основные соотношения для анализа процесса осесимметричной деформации с учетом пластической дилатансии материала.

2. Приведена методика расчета процесса холодного выдавливания цилиндрических деталей с использованием вариационного подхода для дилатирующего материала позволяющая определить напряженное состояние, включая шаровый тензор напряжений и прогнозировать деформационную повреждаемость материала готовых деталей.

3. Показано, что для оценки повреждаемости деформируемого материала микродефектами необходимо использование нелинейной математической модели пластического разрыхления, экспериментально установленной связи между пластической разрыхленностью и накапливаемой деформацией. Учёт нелинейности пластического разрыхления вносит заметную поправку в расчёт операционных степеней деформаций по сравнению с использованием линейной модели, дающей погрешность в сторону увеличения до 16 % - 24 %.

4. Устайовлено, что повреждаемость материала неравномерно распределяется по толщине стенок детали. Увеличение повреждаемости в зоне контакта материала с пуансоном и матрицей связано с большими накопленными деформациями в этих зонах. Повреждаемость детали из стали У12А больше, чем из стали 50, однако и в случае использования инструментальной стали У12А наибольшая величина повреждаемости <»гли = 0,54 в слоях на внутренней поверхности «стакана» меньше величины допустимой повреждаемости [<в] = 0,65...0,7, при достижении которой возможно образование полостных дефектов.

5. Разработана усовершенствованная методика проектирования технологии изготовления инструмента из цилиндрических заготовок на базе операций холодного выдавливания. Новизной методики является прогнозирование деформационной повреждаемости материала готовых деталей, позволяющее получать качественную структуру материала, необходимую для обеспечения требуемых эксплуатационных свойств.

7. Результаты диссертационной работы использованы в учебном процессе по направлению 150400 «Технологические машины и оборудование», а также в научно-исследовательской работе студентов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОТРАЖЕНО В ПУБЛИКАЦИЯХ

1. Журавлев А.Г. Технология обжима корпуса огнетушителя // Известия ТулГУ. Серия. Механика деформируемого твердого тела и обработка металлов давлением. - 2003. - Вып. 2. - С. 111-116.

2. Журавлев А.Г. Вариационная задача пластического формоизменения дилатнрующих материалов. // Известия ТулГУ. Серия. Механика деформируемого твердого тела и обработка металлов давлением. - 2003. -Вып. 4. - С. 138-144.

3. Журавлев А.Г. Деформационная повреждаемость при пластической обработке металлов // Труды Всероссийской научно-технической конференции «Новые материалы и технологии в машиностроении». - Рубцовск, 2004. - С. 7375.

4. Гвоздев А.Е., Журавлев А.Г., Стариков Н.Е. Анализ процессов пластического формоизменения материалов с учетом дилатансии.- Тула: Изд-во ТАИИ, 2005. - 71 с.

5. Журавлев А.Г. Расчет напряженно-деформированного состояния для процесса обратного холодного выдавливания // Известия ТулГУ. Серия. Технические науки. - 2007. - Вып. 3. - С. 135-142.

6. Журавлев А.Г. Расчет деформационной повреждаемости в пластически деформируемых металлах // Тезисы докладов Х1-й международной

конференции «Взаимодействие дефектов и неупругие явления в твердых телах». - Тула: ТулГУ, 2007. - С. 131.

7. Журавлев А.Г. Проектирование технологии изготовления кольцевого инструмента // Известия ТулГУ. Серия. Технические науки. - 2008. - Вып. 2. -С. 153-158.

Подписано в печать 19.11.2009. Формат бумаги 60x84 Бумага офсетная.

Усл. печ. л. 1,1. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 120 экз. Заказ 036.

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

Отпечатано в Издательстве ТулГУ. 300600, г. Тула, ул. просп. Ленина, 95.

ВВЕДЕНИЕ.

1. ОБЗОР СПОСОБОВ ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ

ВЫДАВЛИВАНИЕМ И МЕТОДОВ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ТЕОРИИ ПЛАСТИЧНОСТИ ДИЛАТИРУЮЩИХ СРЕД.

1.1. Классификация схем холодной объемной штамповки.

1.2. Теоретические методы анализа процессов пластического формоизменения.

1.3. Экспериментальные методы.

1.4. Основные соотношения для осесимметричного пластического течения дилатирующих материалов.

1.5. Прогнозирование деформационной повреждаемости материала.

1.6. Выводы и задачи исследования.

2. МЕТОД АНАЛИЗА ПРОЦЕССА ФОРМОИЗМЕНЕНИЯ ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ ДЕТАЛЕЙ.

2.1. Вариационный подход к анализу процесса пластического формоизменения.

2.2. Расчет энергетического функционала методом локальных вариаций.

2.3. Выводы.

3. АНАЛИЗ ПРОЦЕССА ХОЛОДНОГО ОБРАТНОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЗАГОТОВОК.

3.1. Анализ точности расчетного аппарата.

3.2. Расчет деформированного состояния.

3.3. Построение полей напряжений, согласованных с полями скоростей.

3.4. Определение показателя напряженного состояния и расчет диаграммы пластичности.

3.5. Оценка и прогнозирование повреждаемости и разрушения деформируемого материала при холодном выдавливании.

3.6. Выводы.

4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ХОЛОДНОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ ИНСТРУМЕНТА МАССОВОГО

ПРОИЗВОДСТВА.

4.1. Рекомендации по проектированию инструмента для холодного выдавливания.

4.2. Методика проектирования технологического процесса на базе операций холодного выдавливания цилиндрических заготовок.

4.3. Разработка технологического процесса изготовления матриц.

4.5. Выводы.

Современное машиностроение предъявляет высокие требования к технологическим процессам обработки металлов давлением (ОМД). Технология должна обеспечивать производство качественных изделий с высокими эксплуатационными характеристиками, быть экономичной интенсивной. Особое место в обработке давлением (ОД) занимают процессы холодного выдавливания. Их широкое применение вызвано такими преимуществами, как высокая производительность, низкая себестоимость изделий, высокий коэффициент использования металла (КИМ), высокие точность размеров и качество поверхности деталей, улучшение их механических характеристик, а также возможность автоматизации и механизации процесса [22].

Процессам холодного выдавливания принадлежит существенная роль в технологии изготовления многих осесимметричных деталей машин и аппаратов, эксплуатирующихся в жестких режимах и испытывающих интенсивные силовые нагрузки и тепловые воздействия, высокие давления, скорости деформации. К ним относятся детали штампов, осесимметричные изделия точного машиностроения. Разработке технологии изготовления осесимметричных деталей методом холодного выдавливания посвящены работы многих исследователей.

Возрастающие требования к эксплуатационным свойствам деталей, получаемых, в том числе, и методом холодного выдавливания, требуют физико-механического подхода к анализу и проектированию интенсивных процессов ОД, т. е. включения в число технологических параметров, наряду с механическими характеристиками, структурных характеристик деформируемых материалов, влияющих на эксплуатационные свойства готовых деталей. К структурным параметрам, существенно влияющим на качество и эксплуатационные свойства обрабатываемых давлением деталей, относятся, в первую очередь, характеристики поврежденности микродефектами.

Известно, что основным физическим механизмом повреждаемости металлов при их больших пластических деформациях, характерных в том числе, для процессов холодного выдавливания, является порообразование [27]. Порообразование (наличие объемной фракции пор) в условиях пластической деформации, имеющей сдвиговую физическую природу, приводит к необратимому изменению объема деформируемого материала — его пластической дилатансии. Определяющие соотношения деформационной повреждаемости современной механике повреждаемости (Damage Mechanics) строятся на эффекте дилатансии. Поэтому исследование и проектирование процесса холодного выдавливания с учетом пластической дилатансии деформируемого материала является перспективным направлением повышения эффективности этого процесса.

Исследованию процессов ОД с использованием теории рассеянной повреждаемости (использующей концепцию пластической дилатансии деформируемого материала) посвящены работы отечественных ученых: B.JI. Колмогорова, В.А. Огородникова, А.А. Богатова, С.И. Мижирицкого, С.В. Смирнова и зарубежных ученых С.И.О., Ч. Чена, С. Кобояши, Ф.А. Макклинтона и других. Однако, Многие сложные вопросы анализа, проектирования и разработки технологических процессов ОД с использованием положений механики повреждаемости остаются мало изученными. Особенно трудными для анализа и проектирования являются процессы пластического формоизменения, в которых обрабатываемый материал находится в условиях трехмерной деформации и испытывает сложное нагружение с сильным изменением напряженного состояния. К ним относятся процессы холодного выдавливания осесимметричных деталей с высокими эксплуатационными характеристиками. Таким образом, разработка теории и технологии, повышающие эффективность процесса холодного выдавливания деталей с высокими эксплуатационными свойствами с использованием научных достижений, как теории пластичности, так и механики деформационной повреждаемости, является актуальной научно-технической задачей. Следует также отметить, что решение этой задачи требует детального учета локальных свойств обрабатываемого материала, связанных с неоднородным распределением напряжений, скоростей, деформаций и пластической дилатансии, т. е. сочетания современных методов теории пластичности и механики повреждаемости металлических материалов.

Цель работы. Повышение эффективности процессов холодного выдавливания цилиндрических заготовок на базе развития теории пластического деформирования дилатирующих материалов, приводящее к повышению эксплуатационных характеристик, сокращению сроков подготовки производства, снижению трудоемкости и металлоемкости изготовления деталей.

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

1. Сформулировать определяющие соотношения для анализа пластического формоизменения осесимметричных деталей, с учетом пластической дилатансии деформируемого материала.

2. Провести теоретические исследования процесса обратного выдавливания цилиндрических деталей с учетом пластической дилатансии.

3. Установить зависимости влияния технологических параметров на кинематику течения материала, напряженное и деформированное состояния заготовки, силовые режимы, повреждаемость материала и предельные возможности деформирования.

4. Получить результаты экспериментальных исследований влияния предельной деформации на повреждаемость материала с учетом пластической дилатансии материала.

5. Разработать рекомендации по проектированию технологических процессов, обеспечивающих заданное качество изготовления, уменьшение трудоемкости и металлоемкости деталей, сокращение сроков подготовки производства новых деталей.

Методы исследования. Исследования операции обратного выдавливания толстостенных осесимметричных деталей выполнены с использованием основных положений теории пластичности с учетом пластической дилатансии материала. Расчет силовых параметров процесса осуществлен численно методом локальных вариаций. Анализ напряженного и деформированного состояния [НДС] заготовки в процессе выдавливания осуществлен путем совместного решения дифференциальных уравнений равновесия, уравнения состояния и основных определяющих соотношений при заданных начальных и граничных условиях. Предельные возможности формоизменения исследуемых процессов деформирования оценивались по величине напряжений в очаге пластической деформации, феноменологическому критерию разрушения материала, связанного с накоплением микроповреждений, и критерию локальной потери устойчивости.

Автор защищает:

- основные уравнения и соотношения процесса объемного выдавливания цилиндрических деталей с учетом пластической дилатансии деформируемого материала; результаты теоретического исследования процесса холодного выдавливания цилиндрических деталей из пруткового материала с учетом пластической дилатансии;

- результаты экспериментального исследования пластической дилатансии изучаемых конструкционных материалов; рекомендации по проектированию технологических процессов изготовления штампового инструмента с использованием операции холодного выдавливания.

Научная новизна: разработан метод анализа процесса холодного выдавливания цилиндрических деталей с учетом пластической дилатансии и точных методов решения, позволяющая проводить оценку напряженно-деформированного состояния с определением шаровых напряжений; выявлены закономерности влияния пластической дилатансии на повреждаемость деталей и предельные возможности деформирования в зависимости от технологических параметров процесса.

Практическая значимость. На основе выполненных исследований разработаны рекомендации по расчету технологических параметров операций прямого и обратного выдавливания заготовок из дилатирующих конструкционных материалов, приводящие к повышению эксплуатационных характеристик деталей.

Реализация работы. Рекомендации по расчету технологических процессов изготовления матриц прямого и обратного выдавливания из стали У12А, стали 50 приняты к внедрению в опытном производстве ОАО «ТНИТИ» (г. Тула). Результаты диссертационной работы использованы в учебном процессе по направлению 150400 «Технологические машины и оборудование», а также в научно-исследовательской работе студентов.

Апробация работы. Результаты исследований доложены на Всероссийской научно-технической конференции «Новые материалы и технологии машиностроения» (г. Рубцовск, 2004г.), на Х1-й международной конференции «Взаимодействие дефектов и неупругие явления в твердых телах» (г. Тула, 2007г.), а также на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Тульского государственного университета (г. Тула, 2005 - 2008 гг.).

Публикации. Материалы проведенных исследований отражены в 4 статьях в рецензируемых изданиях, внесенных в список ВАК, 1 монографии, в 1 тезисах международной научно-технических конференции объемом 5,3 печ. л.; из них авторских - 3,8 печ. л.

Автор выражает глубокую благодарность д.т.н., профессору А.Е. Гвоздеву за оказанную помощь при выполнении работы.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения и четырех разделов, заключения, списка использованных источников из 100 наименований, 1 приложения и включает 99 страниц машинописного текста, содержит 24 рисунка и 3 таблицы. Общий объем - 110 страниц.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В работе решена актуальная научно-техническая задача, имеющая важное народнохозяйственное значение для отраслей машиностроения и состоящая в разработке теории и технологии холодного выдавливания цилиндрических деталей с прогнозированием деформационной повреждаемости, позволяющей получать качественную структуру их материала, необходимую для обеспечения требуемых эксплуатационных свойств.

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

1. Сформулированы основные соотношения для анализа процесса осесимметричной деформации с учетом пластической дилатансии материала.

2. Приведена методика расчета процесса холодного выдавливания цилиндрических деталей с использованием вариационного подхода для дилатирующего материала позволяющая определить напряженное состояние, включая шаровый тензор напряжений и прогнозировать деформационную повреждаемость материала готовых деталей.

3. Показано, что для оценки повреждаемости деформируемого материала микродефектами необходимо использование нелинейной математической модели пластического разрыхления, экспериментально установленной связи между пластической разрыхленностью и накапливаемой деформацией. Учёт нелинейности пластического разрыхления вносит заметную поправку в расчёт операционных степеней деформаций по сравнению с использованием линейной модели, дающей погрешность в сторону увеличения до 16 % - 24 %.

4. Установлено, что повреждаемость материала неравномерно распределяется по толщине стенок детали. Увеличение повреждаемости в зоне контакта материала с пуансоном и матрицей связано с большими накопленными деформациями в этих зонах. Повреждаемость детали из стали У12А больше, чем из стали 50, однако и в случае использования инструментальной стали У12А наибольшая величина повреждаемости а>тах = 0,54 в слоях на внутренней поверхности «стакана» меньше величины допустимой повреждаемости [б)] = 0,65.0,7, при достижении которой возможно образование полостных дефектов.

5. Разработана усовершенствованная методика проектирования технологии изготовления инструмента из цилиндрических заготовок на базе операций холодного выдавливания. Новизной методики является прогнозирование деформационной повреждаемости материала готовых деталей, позволяющее получать качественную структуру материала, необходимую для обеспечения требуемых эксплуатационных свойств.

6. Разработаны рекомендации для проектирования технологических процессов изготовления матриц с использованием операции холодной объемной штамповки из стали 50 и стали У12А. Технологическое опробование матриц для объемной штамповки показало, что качественная структура их материала повышает стойкость матриц в 1,2.1,3 раза по сравнению с использованием матриц, имеющих в структуре поры размером до 15.20 мкм.

7. Результаты диссертационной работы использованы в учебном процессе по направлению 150400 «Технологические машины и оборудование», а также в научно-исследовательской работе студентов.

1. Алюшин Ю.А. Поля скоростей при пластическом формоизменении в условиях сложного напряженного состояния. Известия вузов. Черная металлургия, 1970, № 6 С. 99-103.

2. Березин A.B. Влияние поврежденности на деформационные и прочностные характеристики твердых тел / под ред. Р.И. Непершина. АН СССР, ин-т машиноведения. - М.: Наука, 1990. - 134 с.

3. Березин И.С., Жидков Н.П. Методы вычислений. 4.1. М.; Физматгиз, 1962.-464с.

4. Березин И.С., Жидков Н.П. Методы вычислений. 4.2. М.; Физматгиз, 1962.-639с.

5. Биба Н.В., Лишний А.И., Стебунов С.А. Эффективность применения моделирования для разработки технологии штамповки // КШП ОМД. 2001. № 5. С. 39 44.

6. Богатова A.A., Мижирицкого О.И., Смирнова C.B. Ресурс пластичности металлов при обработке давлением. М.: Металлургия, 1984.- 144с. ,

7. Богатов A.A. Остаточные напряжения и разрушение металл // КШП ОМД. 2007. № 10. С. 27 34.

8. Бриджмен П. Исследования больших пластических деформаций и разрыва. М.: ИЛ, 1955. - 444 с.

9. Броек Д. Основы механики разрушения М.: Металлургия, 1984. -280с.

10. Варвак П.М., Варвак Л.П. Метод сеток в задачах расчета строительных конструкций. М.: Стройиздат, 1977. - 160с.

11. Владимиров В.И. Физическая природа разрушения металлов. М.: металлургия, 1984. - 280 с.

12. Воронцов A.JI. Напряженное состояние заготовок при обратном выдавливании // известия вузов. Машиностроение. — 1980.- № 10. С 108-112.

13. Выгодский справочник по высшей математике. 13-е изд., стер. — М.: Физматлит, 1995. 872 с.

14. Гвоздев А.Е., Журавлев А.Г., Стариков Н.Е. Анализ процессов пластического формоизменения материалов с учетом дилатансии. Издательство ТАИИ, Тула 2005.-71 с.

15. Головин В.А. , Митькин А.Н., Резников А.Г. Технология холодной объемной штамповки выдавливанием.-М.: Машиностроение, 1970.-152с.

16. Губкин С.И. Теория обработки металлов давлением. — М.: Металлургиздат, 1947. 532 с.

17. Губкин С.И. Пластическая деформация металлов. Т.2. Физико-химическая теория пластичности. — М.: Металлургиздат, 1961. - 416 с.

18. Гун Г.Я. Теоретические основы обработки металлов давлением. М.: Металлургия, 1980.-456с.

19. Демидович Б.П., Марон И.А. Основы вычислительной математики. М.: Наука, 1970.-665с.

20. Джонсон У., Меллор П. Теория пластичности для инженеров. М.: Машиностроение, 1979 г. - 568с.

21. Дмитриев A.M., Воронцов A.JI. Технология ковки и объемной штамповки. Часть 1. Объемная штамповка выдавливанием: Учебник.- М.: Высшая школа, 2002 400с.

22. Дмитриев A.M., Воронцов A.JI. Физические закономерности и определение силовых параметров выдавливания полых цилиндрических изделий // КШП ОМД. 2004. № 7. С. 3 11.

23. Дмитриев A.M., Воронцов A.JI. Расчет накопленных деформаций при выдавливании полых цилиндрических изделий // КТ.1ГП ОМД. 2004. № 6. С. 3 8.

24. Дмитриев A.M., Воронцов A.JI. Учет неоднородности механических свойств и скорости деформации в расчетах процессов выдавливания // КТ.ИП ОМД. 2004. № 8. С. 3 10.

25. Дьяченко С.Е., Кузьменко Е.А., Кузьменко В.И. Пути повышения качества деталей и совершенствование технологии холодной объемной штамповки / Кузнечно-штамповочное производство. 1997.- № 6 С. 12-15.

26. Екобори Т. Физика и механика разрушения и прочности твердых тел.-Пер. с англ. К.С. Чернявского. -М.: Металлургия, 1971.- 264с.

27. Журавлев А.Г. Технология обжима корпуса огнетушителя // Известия ТулГУ. Серия. Механика деформированного твердого тела и обработка металлов давлением. 2003. - Вып. 2. - С. 111-116.

28. Журавлев А.Г. Расчет деформационной повреждаемости в пластически деформируемых металлах // Труды Всероссийской научно-технической конференции «Новые материалы и технологии в машиностроении». -.Рубцовск, 2004.-С. 73-75.

29. Журавлев А.Г. Вариационная задача пластического формоизменения дилатирующих материалов. // Известия ТулГУ. Серия. Механика деформированного твердого тела и обработка металлов давлением. 2003. -Вып. 4.-С. 138-144.

30. Журавлев А.Г. Расчет напряженно-деформированного состояния для процесса обратного холодного выдавливания // Известия ТулГУ. Серия. Технические науки. 2008. - Вып. 2. - С. -144.

31. Журавлев А.Г. Проектирование технологии изготовления кольцевого инструмента // Известия ТулГУ. Серия. Механика деформированного твердого тела и обработка металлов давлением. 2008. - Вып. 4. - С. 138-144.

32. Иванова B.C. Разрушение металлов. М.: металлургия, 1979. - 167 с.

33. Ивлев Д.Д. Теория идеальной пластичности. М.: Наука, 1966. - 232с.

34. Изготовление деталей пластическим деформированием / Под ред. К.Н. Богоявленского и JI В. Камнева. Л.: Машиностроение, 1975.- 424 с.

35. Ильюшин A.A. Механика сплошных сред. — Изд. МГУ, 1990. — 310 с.

36. Ильюшин A.A. Пластичность: Основы общей математической теории. М.: АН СССР, 1963.-271 с.

37. Ильюшин A.A. Деформация вязкопластического тела // Ученые записки. МГУ. Механика,- 1940. Вып. 39. С. 3-81.

38. Ильюшин A.A. К вопросу о вязкопластическом течении металла // Труды конф. по пластической деформации / МГУ. Механика.- 1936.- с. 3-18.

39. Исаченков Е.И. Мишунин В. А. Перспективы интенсификации процессов холодного прессования.- Кузнечно-штамповочное производство, 1965, №9, с. 1-8.

40. Качанов JT.M. Основы теории пластичности.- М.: Наука, 1969.- 420 с.

41. Качанов JI.M. Основы механики разрушения.- М.: Наука, 1974.- 312 с.

42. Климов K.M., Новиков И.И. О новых возможностях пластического деформирования Металлов // Пластическая деформация легких и специальных сплавов.- Вып. 1. -М.: Металлургия, 1978.- С. 284-292.

43. Ковка и объемная штамповка стали. Справочник // Под ред. СторожеваM.B. -М.: Машиностроение, 1968.-т. 1. -435 с.

44. Ковка и объемная штамповка стали. Справочник // Под ред. Сторожева M.B. М.: Машиностроение, 1968. - т. 2. - 448 с.

45. Ковка и штамповка. Справочник // Под ред. Навроцкого Г.А. М.: Машиностроение, 1987. - т. 3. - 384 с.

46. Ковка и штамповка. Справочник // Под ред. Семенова Е.И. М.: Машиностроение, 1985. - т. 1. - 568 с.

47. Колмогоров B.JI. Численное моделирование больших пластических деформаций и разрушения металлов // КТТТП ОМД. 2003. № 2. С. 4 16.

48. Колмогоров B.JT. Напряжения, деформации, разрушение. М.: Металлургия, 1970.- 230с.

49. Колмогоров B.JI. Механика обработки металлов давлением. М.: Металлургия, 1986.- 688с.

50. Колмогоров B.J1. Пластичность и разрушение.- М.: Металлургия, 1977.-217с.

51. Комплексные задачи теории пластичности / Н.Д. Тутышкин, А.Е. Гвоздев, В.И. Трегубов и др.- Под ред. Н.Д. Тутышкина, А.Е. Гвоздева Тула: Тул. гос. ун-т.- «Тульский полиграфист», 2001,- 377с.

52. Кононенко В.Г. Высокоскоростное малоотходное деформирование металлов в штампах. Харьков: Вища школа, 1985. -176 с.

53. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров: определения, теоремы, формулы / Пер. с англ.- Под. ред. И.Г. Арамановича.- М.: Наука, 1968.- 720 с.

54. Кузнецов Д.П., Лясников A.B., Кудрявцев В.А. Технология образования холодным выдавливанием полостей деталей пресс-форм и штампов. СПб.: Политехника, 1995. - 184 с.

55. Лялин В.М., Журавлев Г.М., Журавлев А.Г. Оптимизация технологии обжима корпуса огнетушителя ОУ-5 // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка металлов давлением 2004. - №7. - С. 36-39.

56. Лясников A.B., Турусбеков К.С., Титов А. В. Силовые параметры процесса выдавливания при изготовлении инструмента патронно-гильзового производства / Вопросы оборонной техники. Сер. 13. - 1997. - Вып. 1(92)- 2(93 С. 45-47.

57. Макаров Э.М., Гвоздев А.Е. Теория пластичности дилатирующих сред.- Москва-Тула: Изд. «Гриф и К», 2000.-358с.

58. Макаров Э.С., Толоконников Л. А. Вариант построения теории пластичности дилатирующей среды // Изв. АН СССР, Механика твердого тела. 1979.-№ 1.-С. 88-93.

59. Макаров Э.С., Толоконников JI. А. Плоские задачи теории пластичности ортотропных дилатирующих сред // Изв. АН СССР, Механика твердого тела. 1979. - № 5. - С. 139-143.

60. Макаров Э.С., Тутышкин Н.Д., Гвоздев А.Е., Трегубов В.И., Запара М.А. Технологическая механика дилатирующих материалов Изд. 3-е перераб. и доп. // Москва-Тула. 2007. - 199 с.

61. Маклинток Ф. Пластические аспекты разрушения // Разрушение. Т. 3. Инженерные основы и воздействие внешней среды // Под ред. Г. Либовица.-Пер. с англ. М.: Мир, 1976.- С. 67-262.

62. Маклинток Ф., Аргон А. Деформация и разрушение материалов. М.: Мир, 1970. - 444 с.

63. Математические основы теории обработки металлов давлением / С.П. Яковлев, В.Д. Кухарь, А.К. Евдокимов, Л.Л. Макарова. Тула: ТПИ, 1982.- 90 с.

64. Методика расчета рабочего инструмента для изготовления патронов и их элементов. РМО-819-56. 1956. - 74 с.

65. Мосолов П.П., Мясников В.П. Вариационные методы в теории течений вязкопластической среды. // Прикладная математика и механика.-1965. т. 29.- вып. 3. - с. 468-492.

66. Новые процессы деформации металлов и сплавов / А.П. Коликов, П.И. Полухин, A.B. Крупин и др.- М.: Высшая школа, 1986,- 352с.

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

68. Оленин Л.Л. Классификация осесимметричных процессов объемной штамповки.- Кузнечно-штамповочное производство, 1972, №1, с. 9-12.

69. Олыпак В., Рыхлевский Я., Урбановский В. Теория пластичностинеоднородных тел. М.: Мир, 1964. 156 с.

70. Панов Д.Ю. Численное решение квазилинейных гиперболических систем дифференциальных уравнений в частных производных. М.6 Гостехиздат, 1957.- 216 с.

71. Пластичность и разрушение / B.JI. Колмогоров, A.A. Богатов, Б. А. Мигачев и др. М.: Металлургия, 1977.- 336 с.

72. Пластическое формоизменение металлов / Гун Г.Я., Полухин П.И., Полухин В.П., Прудковский Б.А. М.: Металлургия, 1968. - 416с.

73. Полухин П.И., Гун Г.Я., Галкин A.M. Сопротивление пластической деформации металлов и сплавов: Справочник. 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Металлургия, 1983.- 352 с.

74. Пористые проницаемые материалы: Справочник / Под ред. C.B. Белова.- М.: Металлургия, 1987.-334с.

75. Прагер В., Ходж Ф.Г. Теория идеально пластических тел. М.:ИЛ, 1956. - 398с.

76. Прогрессивные технологические процессы холодной штамповки / Под ред. А.Г. Овчинникова . М.: Машиностроение, 1985. - 184 с.

77. Пэжина П. Основные вопросы вязкопластичности. М.: Мир, 1968. -176с.

78. Работнов Ю.Н. Введение в механику разрушения. М.: Наука, 1987.- 80 с.

79. Седов Л.И. Механика сплошной среды. Т.1. 4-е исправл. и доп. М.: Наука, 1983.-528 с.

80. Седов Л.И. Механика сплошной среды. Т.2. 4-е исправл. и доп. М.: Наука, 1984. - 560 с.

81. Соколовский В.В. Теория пластичности. М.; Высшая школа, 1969. -608с.

82. Стали и сплавы. Марочник. Справ, изд. / В.Г. Сорокин и др.- М.: «Интермет Инструменты», 2001.- 608с.

83. Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением М.: Машиностроение, 1977.-420с.

84. Теория обработки металлов давлением / И .Я. Тарновский, А. А. Поздеев, О.А. Ганаго и др.- М.: Металлургиздат, 1963.- 672 с.

85. 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.- 598с., ил.

86. Томас Т. Пластическое течение и разрушение в твердых телах. М.: Мир, 1964.-308с.

87. Томленов А.Д. Теория пластического деформирования металлов. М.: Металлургия, 1972. 408 с.

88. Томсен Э., Янг Ч., Кобояши Ш. Механика пластических деформаций при обработке металлов. М.: Машиностроение, 1969. - 504с

89. Толоконников Л.А. Механика деформируемого твердого тела. М.: Высшая школа,1979. - 318с.

90. Фихтенгольц Г.М. Курс дифференциального и интегрального исчисления: Т. 2. М.: Наука, 1970. - 800с.

91. Фрейденталь А., Гейрингер X. Математическая теория неупругой сплошной среды. М.: Физматгиз, 1962. - 291с.

92. Черноусько Ф.Л., Баничук Н.В. Вариационные задачи механики управления.- М.: Наука, 1973. 238 с.

93. Херрманн В. Определяющие уравнения уплотняющихся пористых материалов // Проблемы теории пластичности. М.: Мир, 1976. - С. 178-216.

94. Хилл Р. Математическая теория пластичности. — М.; Гостехиздат, 1956.-408с.

95. Хыбемяги А.И., Лернер П.С. Выдавливание точных заготовок деталей штампов и пресс-форм. -М.: Машиностроение. 1986.- 150 с.

96. Черноусько Ф.Л. Метод локальных вариаций для численного решения вариационных задач // Журнал вычислительной математики и

97. Шоршоров М.Х., Гвоздев А.Е., Афанаскин A.B., Пустовгар A.C., Гвоздев Е.А. Взаимодействие дефектов и разрушения быстрорежущих сталей типа Р6М5 в условиях экстремальной деформации // Материаловедение .-2002.-№9.-С. 21-27.

98. Экономические методы формообразования деталей / Под. ред. К.Н. Богоявленского и В.В. Риса.- Л.: Лениздат, 1984. 144 с.

99. Яковлев С.П., Смарагдов И.А., Кузнецов В.П. Методы анализа процессов обработки металлов давлением. Учебное пособие. Тульский политехнический институт. 1976. - 105 с.