автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.09, диссертация на тему:Комбинированная вытяжка осесимметричных деталей из анизотропных упрочняющихся материалов

На правах рукописи

ФАМДЫКТХИЕН

КОМБИНИРОВАННАЯ ВЫТЯЖКА ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ ДЕТАЛЕЙ ИЗ АНИЗОТРОПНЫХ УПРОЧНЯЮЩИХСЯ МАТЕРИАЛОВ

Специальность 05.02.09 - Технологии и машины обработки

давлением

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 4

20)3

Тула 2013

005535762

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Яковлев Сергей Сергеевич

Официальные оппоненты: Дёмин Виктор Алексеевич,

доктор технических наук, профессор, советник ректора, ФГБОУ ВПО «Московский государственный индустриальный университет»

Булычев Владимир Александрович, кандидат технических наук, доцент, главный специалист ОАО «Центральное конструкторское бюро аппаратостроения» (г. Тула).

Ведущая организация - ФГБОУ ВПО «Государственный университет—учебно-научно-производственный комплекс» (г. Орел).

Защита состоится щАЛ ноября 2013 г. в 12 час. на заседании диссертационного совета Д 212.271.01 при ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет» (300012, г. Тула, ГСП, просп. Ленина, д. 92, 9-101).

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

Ж,

Автореферат разослан « » октября 2013 г.

Ученый секретарь

_ , ,, , , Черняев Алексей Владимирович диссертационного совета ' и^п' - / г у

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время перед машиностроением стоит необходимость повышения эффективности производства и качества изготавливаемых деталей. В различных отраслях промышленности широкое распространение нашли полые осесимметричные детали с толстым дном и тонкой стенкой, изготавливаемые методами обработки металлов давлением. Технологические процессы вытяжки без утонения и с утонением стенки, а также операции выдавливания позволяют изготавливать детали высокого качества, но их использование в некоторых случаях ограничивается технологическими или экономическими причинами. Интенсификация операций глубокой вытяжки может быть достигнута применением комбинированной вытяжки, которая характеризуется одновременным изменением диаметра вытягиваемой заготовки и толщины стенки. Этот метод позволяет изготавливать осесимметричные детали с повышенными точностными характеристиками, более упрочненной стенкой, достигать больших степеней деформации по сравнению с перечисленными выше методами вытяжки, что приводит к значительному сокращению числа операций технологического процесса.

Листовой материал, подвергаемый штамповке, обладает анизотропией механических свойств, обусловленной маркой материала и технологическими режимами его получения. Анизотропия механических свойств может оказывать как положительное, так и отрицательное влияние на устойчивое протекание технологических процессов пластического формообразования, в частности операций глубокой вытяжки.

При разработке технологических процессов глубокой вытяжки в настоящее время используют эмпирические зависимости из различных справочных материалов, а также результаты теоретических исследований, в которых не в полной мере учитывают механические свойства материала заготовки. Теоретическое обоснование рациональных технологических режимов операций вытяжки полых осесимметричных деталей с толстым дном и тонкой стенкой из анизотропных материалов, обеспечивающих снижение металлоемкости, трудоемкости изготовления, сокращения сроков подготовки производства и повышения эксплуатационных характеристик, является актуальной задачей.

Работа выполнялась в соответствии с государственными контрактами в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы Министерства образования и науки Российской Федерации, грантами РФФИ и государственному заданию Министерства образования и науки Российской Федерации на 2012-2014 годы.

Цель работы. Повышение эффективности операций комбинированной вытяжки полых осесимметричных деталей с толстым дном и тонкой стенкой из трансверсально-изотропных материалов путем теоретического обоснования рациональных технологических режимов штамповки.

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

1. Разработка математических моделей первой и последующих операций комбинированной вытяжки через радиальные и конические матрицы осесимметричных деталей с толстым дном и тонкой стенкой из трансверсально-изотропных упрочняющихся материалов.

2. Выполнение теоретических и экспериментальных исследований пер-

вой и последующих операций комбинированной вытяжки через радиальные и конические матрицы осесимметричных деталей из трансверсально-изотропных материалов.

3. Моделирование первой и последующих операций комбинированной вытяжки через радиальные и конические матрицы осесимметричных деталей из изотропных материалов с применением программного комплекса DEFORM 2D/3D.

4. Выявление влияния технологических параметров, условий трения на контактных поверхностях рабочего инструмента и заготовки, характеристик начальной анизотропии механических свойств заготовки на кинематику течения материала, напряженное и деформированное состояния, силовые режимы и предельные возможности деформирования на первой и последующих операциях комбинированной вытяжки осесимметричных деталей.

5. Разработка рекомендаций по проектированию технологических процессов изготовления осесимметричных деталей с толстым дном и тонкой стенкой из трансверсально-изотропных материалов методами глубокой вытяжки.

6. Использование результатов исследований в промышленности и в учебном процессе.

Объект исследования. Процессы пластического деформирования анизотропных материалов.

Предмет исследования. Комбинированная вытяжка осесимметричных деталей из трансверсально-изотропных упрочняющихся материалов.

Методы исследования. В работе использован комплексный метод исследований, включающий теоретический анализ и экспериментальную проверку полученных результатов в лабораторных условиях. Теоретические исследования первой и последующих операций комбинированной вытяжки осесимметричных деталей выполнены на основе теории пластичности Мизеса-Хилла анизотропного материала. Анализ напряженного и деформированного состояний заготовки на первой и последующих операциях комбинированной вытяжки осесимметричных деталей осуществлен численно путем совместного решения приближенного дифференциального уравнения равновесия с условием пластичности трансверсально-изотропного материала. Предельные возможности формоизменения оценивались по максимальной величине осевого напряжения на выходе из очага пластической деформации, допустимой величине накопленных микроповреждений анизотропного материала и критерию локальной потери устойчивости заготовки. Моделирование первой и последующих операций комбинированной вытяжки через радиальные и конические матрицы осесимметричных деталей из изотропных материалов выполнено с применением программного комплекса DEFORM 2D/3D. При проведении экспериментальных исследований использованы современные испытательные машины и регистрирующая аппаратура.

Автор защищает

- математические модели первой и последующих операций комбинированной вытяжки через радиальные и конические матрицы осесимметричных деталей из трансверсально-изотропных материалов, позволяющие оценить кинематику течения материала, напряженное и деформированное состояния заготовки, силовые режимы и предельные возможности деформирования;

- результаты теоретических исследований первой и последующих опера-

ций комбинированной вытяжки через радиальные и конические матрицы осе-симметричных деталей;

- установленные количественные зависимости влияния анизотропии механических свойств материала, технологических параметров, условий трения на контактных поверхностях рабочего инструмента и заготовки на кинематику течения материала, напряженное и деформированное состояния заготовки, силовые режимы и предельные возможности деформирования по различным критериям разрушения анизотропной заготовки на первой и последующих операциях комбинированной вытяжки;

- результаты экспериментальных исследований первой и последующих операциях комбинированной вытяжки осесимметричных деталей;

- разработанные рекомендации по проектированию технологических процессов глубокой вытяжки полых осесимметричных деталей с толстым дном и тонкой стенкой, обеспечивающих заданное качество их изготовления, уменьшение трудоемкости и металлоемкости деталей, сокращение сроков подготовки производства новых изделий;

- предложенные технологические схемы изготовления осесимметричных деталей с толстым дном и тонкой стенкой «Корпус» и «Стакан» из алюминиевого сплава АМгбМ операциями комбинированной вытяжки.

Научная новизна: выявлены закономерности изменения напряженного и деформированного состояния заготовки, силовых режимов и предельных возможностей формообразования по максимальной величине осевого напряжения на выходе из очага пластической деформации, допустимой величине накопленных микроповреждений и критерию локальной потери устойчивости заготовки от технологических параметров, условий трения на контактных поверхностях рабочего инструмента и заготовки и анизотропии механических свойств материала заготовки на основе разработанных математических моделей первой и последующих операций комбинированной вытяжки через радиальные и конические матрицы осесимметричных деталей из трансверсально-изотропных материалов с учетом изменения толщины заготовки в зоне плоского напряженного состояния.

Практическая значимость. На основе результатов выполненных теоретических и экспериментальных исследований разработаны рекомендации по проектированию новых и совершенствованию существующих технологических процессов и параметров инструмента для изготовления полых осесимметричных деталей комбинированной вытяжкой из анизотропных упрочняющихся материалов.

Реализация работы. Разработанные рекомендации по расчету технологических параметров операций глубокой вытяжки полых осесимметричных деталей с толстым дном и тонкой стенкой использованы при проектировании технологических процессов изготовления деталей «Корпус» и «Стакан» из алюминиевого сплава АМгбМ на ОАО «ТНИТИ» (г. Тула). Эффективность разработанных технологических схем изготовления деталей «Корпус» и «Стакан» связана с повышением производительности штамповки более чем в 2 раза; повышением прочности деталей в 1,2 раза; снижением расходов на изготовление штамповой оснастки и уменьшением себестоимости изготовления более чем на 20 %; сокращением сроков подготовки производства новых изделий в 2 раза.

Отдельные результаты исследований использованы в учебном процессе

при подготовке бакалавров и магистров направления 150700 «Машиностроение» профиля «Машины и технология обработки металлов давлением», а также использованы в научно-исследовательской работе студентов, при выполнении курсовых и дипломных проектов.

Апробация работы. Результаты исследований доложены на XXXVIII и XXXVIV международных молодежных научных конференциях «Гагаринские чтения» (г. Москва: «МАТИ», 2012, 2013 гг.), на международных НТК «Автоматизация; проблемы, идеи, решения» (г. Тула: «ТулГУ», 2012 г.), ВНТК студентов и аспирантов «Современные технологии обработки металлов и средства их автоматизации» (г. Тула: «ТулГУ», 2012 г.), а также на ежегодных НТК профессорско-преподавательского состава ТулГУ в 2011 - 2013 гг.).

Публикации. Материалы проведенных исследований отражены в 10 статьях в рецензируемых изданиях, внесенных в «Перечень утвержденных ВАК Российской Федерации изданий для публикации трудов соискателей ученых степеней»; 5 статьях межвузовских сборниках научных трудов, 2 тезисах докладов на международных и Всероссийских научно-технических конференциях; общим объемом 7,8 п.л.; из них авторских - 2,7 пл.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения и четырех разделов, заключения, списка использованных источников из 195 наименований, 3 приложений и включает 104 страницы машинописного текста, содержит 83 рисунка и 1 таблицу. Общий объем - 204 страниц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

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

В первом разделе изложено современное состояние теории и технологии изготовления осесимметричных деталей методами глубокой вытяжки, рассмотрены существующие методы анализа процессов обработки металлов давлением, показано влияние технологических параметров, анизотропии механических свойств исходного материала и его упрочнения на напряженное и деформированное состояния, силовые режимы и предельные возможности операций глубокой вытяжки осесимметричных деталей. Обоснована постановка задач исследований.

Значительный вклад в развитие теории пластичности и методов анализа процессов обработки металлов давлением, теории вытяжки осесимметричных деталей из изотропных и анизотропных материалов внесли Ю.А. Аверкиев, А.Ю. Аверкиев, Ю.А. Алюшин, Ю.М. Арышенский, A.A. Богатов, С.А. Вапиев, В .Д. Головлев, Ф.В. Гречников, С.И. Губкин, Г .Я. Гун, Г.А. Данилин, Г.Д. Дель, В.А. Демин, В. Джонсон, A.M. Дмитриев, Г. Закс, В.А. Жарков, A.A. Ильюшин, А.Ю. Ишлинский, Ю.Г. Калпин, JI.M. Качалов, B.JI. Колмогоров, X. Кудо, В.Д. Кухарь, H.H. Малинин, B.C. Мамутов, А.Д. Матвеев, Э.Л. Мельников, И.А. Норицин, А.Г. Овчинников, В.А. Огородников, Е.А. Попов, Ю.Н. Ра-ботнов, И.П. Ренне, В.П. Романовский, К.И. Романов, Ф.И. Рузанов, А.И. Руд-ской, Г. Свифт, Е.И. Семенов, E.H. Сосенушкин, Л.Г. Степанский, В.Н. Субич, А.Д. Томленов, Е.П. Унксов, Р. Хилл, В.В. Шевелев, Л.А. Шофман, В.Н. Чудин, С.П. Яковлев и др.

Наибольшее распространение среди теорий пластичности анизотропного

материала при анализе процессов обработки металлов давлением нашла теория течения Мизеса - Хилла. Большинство работ посвящены теоретическим исследованиям силовых и деформационных параметров операций глубокой вытяжки осесимметричных деталей из изотропных и трансверсально-изотропных неуп-рочняющихся материалов. Учет упрочнения материала заготовки выполнялся осредненным по всему очагу пластической деформации. Несмотря на большое количество работ, посвященных теоретическим и экспериментальным исследованиям операций глубокой вытяжки, вопросы теории пластического течения листовых и полых заготовок из трансверсально-изотропных упрочняющихся материалов в настоящее время практически не разработаны.

При разработке технологических процессов глубокой вытяжки осесимметричных деталей с толстым дном и тонкой стенкой в основном используют эмпирические зависимости из различных справочных материалов, которые не учитывают многие практически важные параметры. Широкое внедрение процессов комбинированной вытяжки сдерживается из-за отсутствия более полной информации о влиянии анизотропии механических свойств и упрочнения материала на технологические параметры процессов, силовые режимы и предельные степени деформации. Во многих случаях это приводит к необходимости экспериментальной отработки этих процессов, что удлиняет сроки подготовки производства новых изделия.

Во. втором разделе приводятся разработанные математические модели первой операции комбинированной вытяжки через радиальные и конические матрицы полых осесимметричных деталей с толстым дном и тонкой стенкой из трансверсально-изотропных упрочняющихся материалов с учетом изменения толщины заготовки в зоне плоского напряженного состояния.

Первая операция комбинированной вытяжки обычно осуществляется на матрицах с радиальной или конической рабочей частью и условно разделяется на четыре стадии. В очаге деформации имеется плоское напряженное (зона I) и плоское деформированное (зона II) состояния заготовка!.

Для анализа первой операции комбинированной вытяжки наибольший интерес представляет третья стадия, т.е. деформирование при наличии всех характерных зон и участков (рис. 1). Материал принимается трансверсально-изотропным, упрочняющимся, подчиняющимся условию текучести Мизеса-Хшша и ассоциированному закону пластического течения. Предполагается, что процесс комбинированной вытяжки протекает в условиях плоского напряженного и плоского деформированного состояний. Рассмотрено распределение напряжений в зонах плоского напряженного и плоского деформированного состояний на третьей стадии комбинированной вьггяжки с прижимом через коническую матрицу с углом конусности а и степенью деформации = 1 - гп^\тв\.

Здесь - коэффициент вьггяжки;

утонения; ц а ^ ■ радиус по срединной поверхности полуфабриката и на-

— V %

/Иг .

щ

—ч~

®Оч\

л, -

V ---- . п.. оуоч^ 4 //V . \

Рис. 1. Схема к теоретическому анализу третьей стадии комбинированной вытяжки через коническую матрицу т^ = ^х/л-о " коэффициент

чальный радиус заготовки; 1] и - толщина полуфабриката и заготовки соответственно. Допускается, что на контактных границах заготовки и рабочего инструмента реализуется закон трения Кулона. Упрочнение материала в процессе пластического формообразования принимаем изотропным. Величина интенсивности напряжения с^ определяется по выражению:

с/ + (1) где а^,А,п - экспериментальные константы материалов; ег- - величина интенсивности деформации.

В основу анализа положен метод расчета силовых параметров процесса, основанный на совместном решении приближенных дифференциальных уравнений равновесия и условий текучести с учетом сопряжений на границах участков, а также изменения направления течения материала.

Сила операции комбинированной вытяжки на третьей и четвертой стадиях определяется по формуле:

Р2

Р = тк/^о* + п\упйп \\Gk\dp, (2)

Р1

где (ух - осевое напряжение на выходе из очага пластической деформации; ац - контактное напряжение в очаге пластической деформации; с1ц - диаметр пуансона; и \лп - коэффициенты трения на контактных поверхностях матрицы или пуансона и заготовки; р2 = /а; р) = 5¡/а; яв - текущая толщина материала заготовки при входе в зону II.

Толщина заготовки в процессе пластического деформирования оценивается по выражению:

(3)

где / = — (Стр +С0)/[сто(1+ Я)-Дар]; ор и од - меридиональные и окружные напряжения в зоне плоского напряженного состояния Г, Я - коэффициент нормальной анизотропии; - исходная толщина листовой заготовки.

Аналогичным образом выполнены теоретические исследования первой операции комбинированной вытяжки на радиальной матрице (рис. 2). Приближенный анализ распределения напряжений в зоне II выполнен с упрощением его конфигурации путем замены дуги профиля матрицы в пределах этого участка хордой и рассмотрением течения в канале сечения с углом

а = 0,5агссо5^±^.

Силовые режимы первой операции комбинированной вытяжки исследовались в зависимости от коэффициентов вытяжки и утонения даугла конусности матрицы а или радиуса закругления матрицы Им для ряда листовых материалов, механические свойства которых приведены в табл. 1.

На рис. 3 приведены зависимости изменения относительных величин сил Р = Р/(27с/^51а,о) от угла конусности матрицы а при фиксированных значениях других параметров на первой операции комбинированной вытяжки в конической матрице. Расчеты выполнены при \хп =2\1М =0,1. Точками обозначены экспериментальные величины

Рэ кс = рэ *с/(2го1*1ст|0)-

Анализ результатов расчетов и графических зависимостей показал, что относительные величины сил Т и осевые напряжения ах = Од./а,-о на выходе из очага пластической деформации существенно зависят от коэффициентов вытяжки и утонения С уменьшением их относительная величина силы Р и напряжения ах растут.

Рис. 2. Схема к теоретическому анализу третьей стадии комбинированной вытяжки через радиальную матрицу

Таблица 1.

Механические характеристики исследуемых материалов

Материал

Сталь 08 кп

Сталь 11ЮА

МПа

268,66

220,00

А, МПа

329,5

425,4

0,478

0,58

Я

0,80

1.15

0,090

0,05

П

1,791

6,200

и

-0,946

-0,946

Латунь Л63

214,94

509,07

0,575

0,71

-0,110

4,640

-0,769

Алюминиевый сплав АМг2М

65,70

306,94

0,472

0,52

-0,403

2,560

-1,320 -1,230

Алюминиевый сплав АМгбМ

29,20

151,83

0,440

0,60

-0,350

2,158

Установлено, что относительная величина осевого напряжения ах растет с увеличением угла конусности а и уменьшением относительного радиуса закругления матрицы Ям = 11м /^о • Интенсивность роста тем выше, чем больше степень деформации. Выявлены оптимальные углы конусности матрицы в пределах 10...20°, соответствующие наименьшей величине силы, при коэффициенте вытяжки т^х < 0,7. Величина оптимальных углов конусности матрицы а с ростом степеней деформации смещается в сторону больших углов.

з

2,5 2

1,5 1

/п,1 = 0,6

/

' «и = 0,7

/

«

» \ тх 1 = 0Г8

"10 20 ад*»*«

Рис. 3. Зависимости изменения Р от а на первой операции комбинированной вытяжки латуни Л63

И'М

(1"Л=0,7)

Установлено, что с ростом коэффициента трения по пуансону цд (ПРИ : 0,05 ) величина относительной силы Р возрастает, а относительного на-

К \ 1

^-2

/ " J

пряжения ах падает. Сравнение теоретических расчетов силы операции и экспериментальных данных указывает на хорошее их согласование (5...10 %).

Для сопоставления полученных результатов по силовым режимам первой операции комбинированной вытяжки в конической или радиальной матрицах выполнено моделирование этой операции вытяжки осесимметричных деталей из изотропных материалов с применением программного комплекса DEFORM 2D/3D.

На рис. 4 приведены графические зависимости

изменения относительных величин Р и Рэкс от h = hlsq на первой операции комбинированной

вытяжки осесимметричных

деталей из стали 08 кп через коническую матрицу при т¿1=0,1-,

msi = 0,5; а = 18° и

ИТ7=0,1; ~ 0,05. Здесь кривая 1 соответствует модели DEFORM 2D/3D, кривая 2 — результатам расчета по разработанной модели, кривая 3 - результатам экспериментальных исследований.

Анализ результатов расчетов показывает, что неточность определения силовые режимов Р в предположении изотропии механических свойств материала может достигать 30 % по сравнению с их реальными величинами. Установлено, что максимальная величина интенсивности напряжений а,- имеет место по поверхности контакта заготовки с пуансоном. Установлено, что максимальная величина расхождения интенсивности напряжения а,- и интенсивности деформации е,- по толщине заготовки на выходе из очага пластической деформации не превышает 10...15 %.

Предельные возможности операции комбинированной вытяжки оценивались по максимальной величине осевого напряжения ах в стенке детали на выходе из очага деформации, которая не должна превышать величины сопротивления материала пластическому деформированию в условиях плоского деформированного состояния с учетом упрочнения (первое условие деформируемости):

<^<0^*, <*«* = Зт^л/Ь^, (4)

допустимой величине накопленных микроповреждений (второе условие деформируемости):

Рис. 4. Зависимости изменения Р от h

0 8<«Р Ч

а также для деталей ответственного назначения по критерию локальной потери устойчивости заготовки (третье условие деформируемости):

(5)

1 _ da, ах-ахут 1 dat aym-a^

—• ^ . ■ ■ . ■ у -' ^ I I . .— — t у

z GjCkj ^ax-2axym + aym2 2 aick' ^ax-2axym + aym2 где a =(cti+ СГ2+ 0з)/3 - среднее напряжение; oi, aj и 03 - главные напряжения; ст(- - интенсивность напряжения; zinp - предельная интенсивность деформации; Q, U - константы материала; ст;- = ox-Jax - 2ахут + аугп2 ; т = ау/ах; ах, ау - напряжения, совпадающие с главными осями анизотропии дт, .у; ах=ау = [3(Л +1)]/[2(2 + Д)]; а^ = 37?/[2(2 + Л)].

Заметим, что вдоль траектории рассматриваемых элементарных объемов ведется интегрирование в выражении (5). Отметим, что до деформации ше = 0, а в момент разрушения сое = х = 1 •

При назначении величин степеней деформации в процессах пластического формоизменения в дальнейшем учитывались рекомендации по допустимой величине накопленных микроповреждений (степени использования запаса пластичности) B.JI. Колмогорова и A.A. Богатова, согласно которым для ответственных деталей, работающих в тяжелых условиях эксплуатации, и заготовок, подвергающихся после штамповки термической обработке (отжигу или закалке), допустимой величиной накопленных микроповреждений следует считать %=0,25, а только для неответственных деталей - х=0>65.

На рис. 5 представлены зависимости изменения предельных коэффициентов утонения ms\np от угла конусности матрицы а при фиксированных значениях: т^ = 0,5 ; (J./7 = 2(j.д^ =0,1. Здесь кривая 1 соответствует величине предельного коэффициента утонения msinp по максимальному осевому

напряжению на выходе из очага пластической деформации (выражение (4)); кривые 2, 3, 4 — по величине накопленных микроповреждений при % = 1, х = 0,65 и х = 0,25 со- Рис. 5. Зависимости изменения ответственно (5); 5 - по критерию локаль- ms\np от а стали 08кп ной потери устойчивости (6).

Точками обозначены результаты экспериментальных исследований.

Анализ графических зависимостей и результатов расчета показывает, что с увеличением угла конусности матрицы а и уменьшением относительного радиуса закругления матрицы RM предельный коэффициент утонения msinp

увеличивается, т.е. ухудшаются условия утонения при комбинированной вытяжке. Увеличение коэффициента вытяжки т¿ц приводит к падению величины предельного коэффициента утонения ms\np. Установлено, что с ростом коэффициента трения на пуансоне цц снижается предельное значение коэффициента утонения ms\np. Этот эффект проявляется существеннее на малых углах конусности матрицы а. Показано, что предельные возможности формоизме-

нения при комбинированной вытяжке ограничиваются как первым, так и вторым критерием деформируемости. Это зависит от анизотропии механических свойств материала заготовки, технологических параметров, геометрии матрицы и условий трения на контактных поверхностях инструмента.

Расхождение величины предельных коэффициентов утонения т5\пр, вычисленных по моделям изотропного и анизотропного тела, составляет 40 %.

В третьем разделе приведена разработанная математическая модель и приведены результаты теоретических исследований последующих операций комбинированной выггяжки осесимметричных деталей с толстым дном и тонкой стенкой из трансверсально-изотропных и изотропных упрочняющихся материалов.

Анализ напряженного и деформированного состояния заготовки на последующих операциях комбинированной вытяжки на конических матрицах выполнен аналогичным образом, как и для первой, путем совместного решения приближенных дифференциальных уравнений равновесия и условий текучести с учетом сопряжений на границах участков, а также изменения направления течения материала. Теоретические исследования выполнены для двух вариантов деформирования: из полой заготовки с неутоненными стенками (заготовка изготовлена вытяжкой без утонения) и из полой заготовки с утоненными стенками (заготовка изготовлена комбинированной вьггяжкой, вытяжкой с утонением, ротационной вытяжкой).

На рис. 6 показана третья стадия последующей операции комбинированной вытяжки через коническую матрицу с наличием всех характерных зон очага пластической деформации: плоского напряженного (зона I) и плоского деформированного (зона II) состояний заготовки. Анализ результатов расчетов показывает, что максимальные величины силы Р и осевого напряжения на выходе из очага пластической деформации ах имеют место в начальной стадии операции комбинированной вытяжки при использовании заготовок с утоненными стенками. Эта особенность является следствием утонения донной части заготовки, имеющей первоначальную толщину, т.е. преодоления «донного барьера». Установлено, что с уменьшением коэффициентов утонения т^ и вытяжки тл максимальные величины силы Р и

осевого напряжения на выходе из очага пластической деформации <зх растут. Величина осевого напряжения ах растет с увеличением угла конусности матрицы а.

Выявлены оптимальные углы конусности матрицы в пределах 10...200, при которых относительная величина силы операции принимает наименьшую величину.

Количественно определены предельные возможности формоизменения

ческому анализу третьей стадии последующей операции комбинированной вытяжки через коническую матрицу

по максимальной величине растягивающего напряжения на выходе из очага пластической деформации, по допустимой величине накопленных микроповреждений, а также по критерию локальной потери устойчивости заготовки. Установлено, что предельные возможности формоизменения на последующих операциях комбинированной вытяжки, как и на первой операции, могут ограничиваться максимальной величиной растягивающего напряжения на выходе из очага пластической деформации и допустимой величиной накопленных

микроповреждеиий.

Для сопоставления полученных результатов по силовым режимам последующих операций комбинированной вытяжки в конических матрицах выполнено моделирование этой операции вытяжки осссимметричных деталей изотропных материалов с применением программного комплекса DEFORM 2D/3D.

Анализ результатов расчетов показывает, что неточность определения силовые режимов и предельных коэффициентов утонения типр в предположении изотропии механических свойств материала может достигать 30 % и 40 % по сравнению с их реальными величинами соответственно.

В четвергом разделе изложены результаты выполненных экспериментальных исследований силовых режимов и предельных возможностей деформирования на первой и последующей операциях комбинированной вытяжки осссимметричных деталей с толстым дном и тонкой стенкой из ряда листовых материалов, широко используемых в промышленности.

Экспериментальные исследования подтвердили предсказания теоретических расчетов об особенностях графика ксила-путь» на первой и последующих операциях комбинированной вытяжки. На первой операции комбинированной вытяжки обнаружилось два вида обрыва; обрыв стенки заготовки на различной высоте стакана и обрыв краевой части заготовки в зависимости от коэффициента вытяжки md| и угла конусности матрицы а и радиуса закругления матрицы RM. На второй операции комбинированной вытяжки обнаружился один вил дефекта - обрыв стенки заготовки пс радиусу закругления пуансона с верхней кромкой рабочего пояска матрицы.

Сопоставление результатов теоретических и экспериментальных данных по силовым режимам и предельным возможностям деформирования на первой и последующих операциях комбинированной вытяжки осесиммстричных деталей указывает на удовлетворительное их согласование (до 10 %)-

Разработаны рекомендации по расчету технологических режимов и пара- ^ метров инструмента для изготовлени» деталей с толстым дном и тонкой стенкой операциями глубокой вытяжки анизотропных материалов, которые использованы при разработке новых технологических процессов изготовления деталей «Стакан» и «Корпус» из алюминиевого сплава АМгбМ на ОАО «ТНИТИ» рис 7. Детали *Стакан» (рис. 7), обеспечивающих повышение и «Корпус» эффективность их производства

Отдельные результаты диссертационной работы использованы в учебном

процессе на кафедре «Механика пластического формоизменения» в ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет».

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В работе решена актуальная научная задача, состоящая в теоретическом обосновании рациональных технологических режимов операций комбинированной вытяжки полых осесимметричных деталей с толстым дном и тонкой стенкой из трансверсально-изотропных материалов на основе разработанных математических моделей пластического деформирования, обеспечивающих повышение эффективность их производства.

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

1. Разработаны математические модели и выполнены теоретические исследования первой и последующих операций комбинированной вытяжки через радиальные и конические матрицы осесимметричных деталей с толстым дном и тонкой стенкой из трансверсально-изотропных и изотропных упрочняющихся материалов с учетом изменения толщины заготовки в зоне плоского напряженного состояния.

2. Выполнено моделирование первой и последующих операций комбинированной вытяжки через радиальные и конические матрицы осесимметричных деталей из изотропных материалов с применением программного комплекса DEFORM 2D/3D.

3. Выявлены количественные закономерности влияния технологических параметров, условий трения на контактной поверхности рабочего инструмента и заготовки, анизотропии механических свойств материала на напряженное и деформированное состояния заготовки, силовые режимы и предельные возможности деформирования, связанные с максимальной величиной осевого напряжения на выходе из очага пластической деформации, допустимой величиной накопленных микроповреждений и критерием локальной потери устойчивости заготовки.

4. Установлено, что величины силы и осевого напряжения на выходе из очага пластической деформации существенно зависят от коэффициентов вытяжки и утонения как для первой, так и последующих операций комбинированной вытяжки. С уменьшением их сила операции и напряжение растут. Осевое напряжение растет с увеличением угла конусности матрицы и уменьшением радиуса закругления матрицы. Выявлены оптимальные углы конусности матрицы в пределах 10...20°. Величина оптимальных углов конусности матрицы с ростом степени деформации смещается в сторону больших углов.

Показано, что с увеличением угла конусности матрицы и уменьшением радиуса закругления матрицы предельный коэффициент утонения увеличивается. Уменьшение коэффициента вытяжки и рост коэффициента трения на пуансоне при фиксированном значении коэффициента трения на матрице снижает предельную величину коэффициента утонения. Установлено, что предельные возможности деформирования на первой операции комбинированной вытяжки, как и на последующих операциях, могут ограничиваться максимальной величиной растягивающего напряжения на выходе из очага пластической деформации и допустимой величиной накопленных микроповреждений.

5. Установлено, что неточность определения силовые режимов и предельных коэффициентов утонения первой и последующих операций комбини-

ровакной вытяжки осесимметричных деталей, вычисленных в предположении изотропии механических свойств материала, может достигать 30 % и 40 % по сравнению с их реальными величинами соответственно.

6. Выполнены экспериментальные исследования силовых режимов и предельных возможностей деформирования на первой и последующей операциях комбинированной вытяжки осесимметричных деталей из ряда листовых материалов. Теоретические предсказания об особенностях графика «сила-путь» и характере разрушения заготовки на первой и последующих операциях комбинированной вытяжки осесимметричных деталей хорошо согласуются с экспериментальными данными. Показано, что максимальная величина расхозвдения теоретических и экспериментальных данных по силовым режимам и предельным возможностям деформирования не превышает 10 %.

7. Разработаны рекомендации по проектированию технологических процессов изготовления осесимметричных деталей с толстым дном и тонкой стенкой методами глубокой вытяжки. Эти рекомендации использованы на ОАО «ТНИТИ». Применение комбинированной вытяжки для изготовления осесимметричных деталей с толстым дном и тонкой стенкой «Корпус» и «Стакан» из алюминиевого сплава АМгбМ позволило повысить производительность штамповки более чем в 2 раза; увеличить прочность деталей в 1,2 раза; снизить расходы на изготовление штамповой оснастки и уменьшить себестоимость изготовления более чем на 20 %; сократить сроки подготовки производства новых изделий в 2 раза.

Отдельные материалы научных исследований использованы в учебном процессе на кафедре «Механика пластического формоизменения» ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет».

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОТРАЖЕНО В ПУБЛИКАЦИЯХ

1. Фам Дык Тхиен, Яковлев С.С., Ремнев К.С. Вопросы теории штамповки ортотропных анизотропно-упрочняющихся материалов // Известия Тул-ГУ. Сер. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2011. Вып. 4. С. 130-135.

2. Фам Дык Тхиеп, Яковлев С.С., Ремнев К.С. Математическая модель первой операции комбинированной вытяжки анизотропного материала в конической матрице // Известия ТулГУ. Сер. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2011. Вып. 6. С. 153-165.

3. Фам Дык Тхиен, Ремнев К.С., Талалаев А.К. Вытяжка с утонением стенки анизотропного упрочняющегося материала // Известия ТулГУ. Сер. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2011. Вып. 6. С. 171-180.

4. Фам Дык Тхиен, Яковлев С.С., Платонов В.И., Нечепуренко Ю.Г. Экспериментальные исследования первой операции комбинированной вытяжки // Известия ТулГУ. Сер. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2012. Вып. 1. С. 217-225.

5. Фам Дык Тхиен, Яковлев С.С. Нечепуренко Ю.Г., Короткое ВА. Интенсификация технологических процессов изготовления полых цилиндрических деталей // Известия ТулГУ. Сер. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2012. Вып. 8. С. 79-85.

6. Фам Дык Тхиен, Яковлев С.С., Нечепуренко Ю.Г. Экспериментальные исследования последующих операций комбинированной вытяжки // Известия ТулГУ. Сер. Актуальные вопросы механики. Тула: Изд-во ТулГУ. 2012. Вып. 8. С. 142-147.

7. Фам Дык Тхиен, Яковлев С.С., Платонов В.И. Технологические параметры первой операции комбинированной вытяжки цилиндрических деталей из анизотропно-

7. Фам Дык Тхиен, Яковлев С.С., Платонов В.И. Технологические параметры первой операции комбинированной вытяжки цилиндрических деталей из анизотропного упрочняющегося материала // Известия ТулГУ. Сер. Актуальные вопросы механики. Тула: Изд-во ТулГУ. 2012. Вып. 8. С. 147-156.

8. Фам Дык Тхиен. Последующие операции комбинированной вытяжки И Молодежный вестник политехнического института. Тула: Изд-во ТулГУ, 2012. С. 192194.

9. Фам Дык Тхиен. Теоретические и экспериментальные исследования последующих операций комбинированной вытяжки // Материалы Всероссийской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Современные технологии обработки металлов и средства их автоматизации». Тула: Изд-во ТулГУ, 2012. С. 33-35.

10. Фам Дык Тхиен, Яковлев С.С., Платонов В.И. Интенсификация технологических процессов изготовления полых цилиндрических деталей с толстым дном и тонкой стенкой // Вестник ТулГУ. Автоматизация: проблемы, идеи, решения. Тула: Изд-во ТулГУ, 2012. С. 210-214.

11. Фам Дык Тхиен, Травин В.Ю., Яковлев С.С. Силовые режимы комбинированной вытяжки осесимметричных деталей из анизотропных материалов в конических матрицах II Известия ТулГУ. Сер. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2013. Вып. 1. С. 132-145.

12. Фам Дык Тхиен, Травин В.Ю., Предельные возможности комбинированной вытяжки осесимметричных деталей из анизотропных материалов в конических матрицах // Известия ТулГУ. Сер. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2013. Вып. 1. С. 68-75.

13. Фам Дык Тхиен. Влияние технологических параметров на силовые режимы комбинированной вытяжки осесимметричных деталей из анизотропных материалов в конических матрицах // XXXVIV Гагаринские чтения. Международная молодежная научная конференция. Тезисы докладов. М.: Изд-во МАТИ, 2013. С. 262-265.

14. Фам Дык Тхиен. Технологические параметры последующих операций комбинированной вытяжки осесимметричных деталей из анизотропного материала // Молодежный вестник политехнического института. Тула: Изд-во ТулГУ, 2013. С. 294295.

15. Фам Дык Тхиен, Травин В.Ю. Условия устойчивого протекания первой операции комбинированной вытяжки анизотропного материала через радиальную матрицу И Известия ТулГУ. Сер. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2013. Вып. 3. С. 506-512.

16. Фам Дык Тхиен, Грязев М.В., Травин В.Ю. Влияние технологических параметров на силовые режимы комбинированной вытяжки осесимметричных деталей из анизотропных материалов на радиальных матрицах // Известия ТулГУ. Сер. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2013. Вып. 3. С. 493-505.

17. Фам Дык Тхиен, Травин В.Ю., Грязев М.В. Последующие операции комбинированной вытяжки осесимметричиых деталей из анизотропных материалов // Известия ТулГУ. Сер. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2013. Вып. 4. С. 3-15.

Подписано в печать 16^Ц).2013.

Формат бумаги 60 X 84 . Бумага офсетная.

Усл. печ. л. 1,1- Уч.-изд. л. 1,0.

Тираж 100 экз. Заказ 07S.

Тульский государственный университет.

300600, г. Тула, просп. Ленина, 92.

Отпечатано в Издательстве ТулГУ.

300012, г. Тула, пр. Ленина, 97а.

ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет»

04201364715 На правах рукописи

ФАМДЫК ТХИЕН

КОМБИНИРОВАННАЯ ВЫТЯЖКА ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ ДЕТАЛЕЙ ИЗ АНИЗОТРОПНЫХ УПРОЧНЯЮЩИХСЯ

МАТЕРИАЛОВ

Специальность 05.02.09 - Технологии и машины обработки

давлением

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор С.С. Яковлев

Тула 2013

СОДЕРЖАНИЕ

Введение..................................................................... 4

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕОРИИ И ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ ДЕТАЛЕЙ С ТОЛСТЫМ ДНОМ И ТОНКОЙ СТЕНКОЙ........... 13

1.1. Анализ существующих технологических процессов изготовления осесимметричных деталей..................................................................13

1.2. Методы математического моделирования процессов

обработки металлов давлением................................................................................14

1.3. Глубокая вытяжка осесимметричных деталей................................................19

1.4. Анизотропия механических свойств материала заготовок и ее влияние на процессы пластического деформирования........................26

1.5. Основные выводы и постановка задач исследований..............................38

2. ПЕРВАЯ ОПЕРАЦИЯ КОМБИНИРОВАННОЙ ВЫТЯЖКИ ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ ДЕТАЛЕЙ ИЗ АНИЗОТРОПНЫХ МАТЕРИАЛОВ.......................................... 42

2.1. Особенности пластического деформирования при комбинированной вытяжке листовых материалов................................ 42

2.2. Математическая модель первой операции комбинированной вытяжки через коническую матрицу................................. 45

2.3. Математическая модель первой операции комбинированной вытяжки через радиальную матрицу................................. 58

2.4. Технологические параметры первой операции комбинированной вытяжки.............................................................. 63

2.4.1. Напряженное состояние заготовки. Силовые режимы....................63

2.4.2. Предельные коэффициенты утонения............................................................69

2.5. Моделирование первой операции комбинированной вытяжки через радиальную и коническую матрицы с применением программного комплекса DEFORM 2D/3D............................................................81

2.6. Основные результаты и выводы.............................................93

3. ПОСЛЕДУЮЩИЕ ОПЕРАЦИИ КОМБИНИРОВАННОЙ ВЫТЯЖКИ ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ ДЕТАЛЕЙ ИЗ АНИЗОТРОПНЫХ МАТЕРИАЛОВ...................................... 95

3.1. Особенности последующих операций комбинированной вытяжки......................................................................... 95

3.2. Математическая модель последующих операций комбинированной вытяжки на конической матрице............................. 97

3.3. Технологические параметры последующих операций комби-

нированной вытяжки..........................................................................................................100

3.3.1. Силовые режимы......................................................................................................................100

3.3.2. Предельные коэффициенты утонения..................................................................105

3.5. Моделирование последующих операций комбинированной вытяжки через коническую матрицу с применением программного комплекса DEFORM 2D/3D............................................................Ill

3.6. Основные результаты и выводы................................................................................118

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ................................121

4.1. Экспериментальные исследования первой операции комбинированной вытяжки через радиальную и коническую матрицы... 121

4.1.1. Силовые режимы....................................................................................................................121

4.1.2. Предельные возможности деформирования..............................................129

4.2. Экспериментальные исследования последующих операций комбинированной вытяжки......................................................................................134

4.2.1. Силовые режимы......................................................................................................................134

4.2.2. Предельные возможности деформирования..............................................137

4.3. Рекомендации по проектированию технологических процессов вытяжки осесимметричных деталей из анизотропных материалов........................................................................................................................................141

4.4. Технологические процессы глубокой вытяжки осесимметричных деталей «Корпус» и «Стакан»..........................................................................149

4.5. Использование результатов исследований в учебном процессе 154

4.6. Основные результаты и выводы..................................................................................155

Заключение..................................................................................................................................158

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ....................................161

ПРИЛОЖЕНИЕ 1................................................................................................................183

ПРИЛОЖЕНИЕ 2................................................................................................................201

ПРИЛОЖЕНИЕ 3................................................................................................................203

Введение

В настоящее время перед машиностроением стоит необходимость повышения эффективности производства и качества изготавливаемых деталей. В различных отраслях промышленности широкое распространение нашли полые осесимметричные детали с толстым дном и тонкой стенкой, изготавливаемые методами обработки металлов давлением. Технологические процессы вытяжки без утонения и с утонением стенки, а также операции выдавливания позволяют изготавливать детали высокого качества, но их использование в некоторых случаях ограничивается технологическими или экономическими причинами. Интенсификация операций глубокой вытяжки может быть достигнута применением комбинированной вытяжки, которая характеризуется одновременным изменением диаметра вытягиваемой заготовки и толщины стенки. Этот метод позволяет изготавливать осесимметричные детали с повышенными точностными характеристиками, более упрочненной стенкой, достигать больших степеней деформации по сравнению с перечисленными выше методами вытяжки, что приводит к значительному сокращению числа операций технологического процесса.

Листовой материал, подвергаемый штамповке, обладает анизотропией механических свойств, обусловленной маркой материала и технологическими режимами его получения. Анизотропия механических свойств может оказывать как положительное, так и отрицательное влияние на устойчивое протекание технологических процессов пластического формообразования, в частности операций глубокой вытяжки.

При разработке технологических процессов глубокой вытяжки в настоящее время используют эмпирические зависимости из различных справочных материалов, а также результаты теоретических исследований, в которых не в полной мере учитывают механические свойства материала

заготовки. Теоретическое обоснование рациональных технологических режимов операций вытяжки полых осесимметричные детали с толстым дном и тонкой стенкой из анизотропных материалов, обеспечивающих снижение металлоемкости, трудоемкости изготовления, сокращения сроков подготовки производства и повышения эксплуатационных характеристик, является актуальной задачей.

Работа выполнялась в соответствии с государственными контрактами в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы Министерства образования и науки Российской Федерации, грантами РФФИ и государственному заданию Министерства образования и науки Российской Федерации на 20122014 годы.

Цель работы. Повышение эффективности операций комбинированной вытяжки полых осесимметричных деталей с толстым дном и тонкой стенкой из трансверсально-изотропных материалов путем теоретического обоснования рациональных технологических режимов штамповки.

Объект исследования. Процессы пластического деформирования анизотропных материалов.

Предмет исследования. Комбинированная вытяжка осесимметричных деталей из трансверсально-изотропных упрочняющихся материалов.

Методы исследования. В работе использован комплексный метод исследований, включающий теоретический анализ и экспериментальную проверку полученных результатов в лабораторных условиях. Теоретические исследования первой и последующих операций комбинированной вытяжки осесимметричных деталей выполнены на основе теории пластичности Мизеса-Хилла анизотропного материала. Анализ напряженного и деформированного состояний заготовки на первой и последующих операциях комбинированной вытяжки осесимметричных деталей

осуществлен численно путем совместного решения приближенного дифференциального уравнения равновесия с условием пластичности трансверсально-изотропного материала. Предельные возможности формоизменения оценивались по максимальной величине осевого напряжения на выходе из очага пластической деформации, допустимой величине накопленных микроповреждений анизотропного материала и критерию локальной потери устойчивости заготовки. Моделирование первой и последующих операций комбинированной вытяжки через радиальные и конические матрицы осесимметричных деталей из изотропных материалов выполнено с применением программного комплекса DEFORM 2D/3D. При проведении экспериментальных исследований использованы современные испытательные машины и регистрирующая аппаратура.

Автор защищает

- основные уравнения и соотношения, необходимые для анализа кинематики течения материала, напряженного и деформированного состояния заготовки, силовых режимов и предельных возможностей деформирования на первой и последующих операциях комбинированной вытяжки осесимметричных деталей из трансверсально-изотропных материалов;

математические модели первой и последующих операций комбинированной вытяжки через радиальные и конические матрицы осесимметричных деталей из трансверсально-изотропных материалов;

- результаты теоретических исследований первой и последующих операций комбинированной вытяжки через радиальные и конические матрицы осесимметричных деталей;

- установленные количественные зависимости влияния анизотропии механических свойств материала, технологических параметров, условий трения на контактных поверхностях рабочего инструмента и заготовки на

кинематику течения материала, напряженное и деформированное состояния заготовки, силовые режимы и предельные возможности деформирования по различным критериям разрушения анизотропной заготовки на первой и последующих операциях комбинированной вытяжки;

- результаты экспериментальных исследований первой и последующих операциях комбинированной вытяжки осесимметричных деталей;

- разработанные рекомендации по проектированию технологических процессов глубокой вытяжки полых осесимметричных деталей с толстым дном и тонкой стенкой, обеспечивающих заданное качество их изготовления, уменьшение трудоемкости и металлоемкости деталей, сокращение сроков подготовки производства новых изделий;

предложенные технологические процессы изготовления осесимметричных деталей с толстым дном и тонкой стенкой «Корпус» и «Стакан» из алюминиевого сплава АМгбМ.

Научная новизна: выявлены закономерности изменения напряженного и деформированного состояния заготовки, силовых режимов и предельных возможностей формообразования по максимальной величине осевого напряжения на выходе из очага пластической деформации, допустимой величине накопленных микроповреждений и критерию локальной потери устойчивости заготовки от технологических параметров, условий трения на контактных поверхностях рабочего инструмента и заготовки и анизотропии механических свойств материала заготовки на основе разработанных математических моделей первой и последующих операций комбинированной вытяжки через радиальные и конические матрицы осесимметричных деталей из трансверсально-изотропных упрочняющихся материалов с учетом изменения толщины заготовки в зоне плоского напряженного состояния.

Практическая значимость. На основе результатов выполненных теоретических и экспериментальных исследований разработаны

рекомендации по проектированию новых и совершенствованию существующих технологических процессов и параметров инструмента для изготовления полых осесимметричных деталей комбинированной вытяжкой из анизотропных упрочняющихся материалов.

Реализация работы. Разработанные рекомендации по расчету технологических параметров операций глубокой вытяжки полых осесимметричных деталей с толстым дном и тонкой стенкой использованы при проектировании технологических процессов изготовления деталей «Корпус» и «Стакан» из алюминиевого сплава АМгбМ на ОАО «ТНИТИ» (г. Тула). Эффективность разработанных технологических процессов связана с повышением производительности штамповки более чем в 2 раза; повышением прочности деталей в 1,2 раза; снижением расходов на изготовление штамповой оснастки и уменьшением себестоимости изготовления более чем на 20 %; сокращением сроков подготовки производства новых изделий в 2 раза.

Отдельные результаты исследований использованы в учебном процессе при подготовке бакалавров и магистров направления 150700 «Машиностроение» профиля «Машины и технология обработки металлов давлением», а также использованы в научно-исследовательской работе студентов, при выполнении курсовых и дипломных проектов.

Апробация работы. Результаты исследований доложены на XXXVIII и ХХХУ1У международных молодежных научных конференциях «Гагаринские чтения» (г. Москва: «МАТИ», 2012, 2013 гг.), на международных НТК «Автоматизация; проблемы, идеи, решения» (г. Тула: «ТулГУ», 2012 г.), ВНТК студентов и аспирантов «Современные технологии обработки металлов и средства их автоматизации» (г. Тула: «ТулГУ», 2012 г.), а также на ежегодных НТК профессорско-преподавательского состава ТулГУ в 2011 -2013 гг.).

Публикации. Материалы проведенных исследований отражены в 10 статьях в рецензируемых изданиях, внесенных в «Перечень утвержденных ВАК Российской Федерации изданий для публикации трудов соискателей ученых степеней»; 5 статьях межвузовских сборниках научных трудов, 2 тезисах докладов на международных и Всероссийских научно-технических конференциях; общим объемом 7,8 п.л.; из них авторских - 2,7 п.л.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения и четырех разделов, заключения, списка использованных источников из 195 наименований, 3 приложений и включает 204 страниц машинописного текста, содержит 83 рисунка и 1 таблицу. Общий объем - 204 страниц.

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

В первом разделе изложено современное состояние теории и технологии изготовления осесимметричных деталей методами глубокой вытяжки, рассмотрены существующие методы анализа процессов обработки металлов давлением, показано влияние технологических параметров, анизотропии механических свойств исходного материала и его упрочнения на напряженное и деформированное состояния, силовые режимы и предельные возможности операций глубокой вытяжки осесимметричных деталей. Обоснована постановка задач исследований.

Во втором разделе приводятся разработанные математические модели первой операции комбинированной вытяжки через радиальные и конические матрицы полых осесимметричных деталей с толстым дном и тонкой стенкой из трансверсально-изотропных упрочняющихся материалов с учетом изменения толщины заготовки в зоне плоского напряженного состояния.

Выявлены количественные закономерности влияния технологических

параметров, условий трения на контактной поверхности рабочего инструмента и заготовки, анизотропии механических свойств материала на напряженное и деформированное состояния заготовки, силовые режимы и предельные возможности деформирования, связанные с максимальной величиной осевого напряжения на выходе из очага пластической деформации, допустимой величиной накопленных микроповреждений и критерием локальной потери устойчивости заготовки на первой операции комбинированной вытяжки через радиальные и конические матрицы полых осесимметричных деталей с толстым дном и тонкой стенкой из трансверсально-изотропных упрочняющихся материалов.

Изложены результаты моделирования первой операции комбинированной вытяжки через радиальные и конические матрицы осесимметричных деталей с толстым дном и тонкой стенки из изотропных материалов с применением программного комплекса DEFORM 2D/3D.

Установлено, что расхождения величин силовых режимов и предельных коэффициентов утонения, вычисленных по моделям изотропного и анизотропного тела, составляют 30 % и 40 % соответственно.

В третьем разделе приведена разработанная математическая модель и приведены результаты теоретических исследований последующих операций комбинированной вытяжки осесимметричных деталей с толстым дном и тонкой стенкой из трансверсально-изотропных и изотропных упрочняющихся материалов.

Анализ напряженного и деформированного состояния заготовки