автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.09, диссертация на тему:Комбинированное выдавливание тонкостенных цилиндрических деталей

На правах рукописи

НГУЕН ТХАНЬ ЧУНГ

КОМБИНИРОВАННОЕ ВЫДАВЛИВАНИЕ ТОНКОСТЕННЫХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ

Специальность 05.02.09 Технологии и машины обработки давлением

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

5 ДЕК 2013

Тула 2013

005541902

005541902

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Журавлев Геннадий Модестович

Официальные оппоненты: Пасько Алексей Николаевич,

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет», профессор кафедры «Теоретическая механика»

Митин Олег Николаевич,

кандидат технических наук,

ОАО «Научно-производственное предприятие

«Сплав» (г. Тула),

заместитель начальника отдела

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Государственный университет —

учебно-научно- производственный комплекс» (г. Орел)

Защита диссертации состоится «18 » декабря 2013 г. в 12 часов на заседании диссертационного совета Д 212.271.01 при ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет» (300012, г. Тула, пр. Ленина, 92, ауд. 9-101).

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

Автореферат разослан « 15 » ноября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Черняев Алексей Владимирович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Важной задачей, стоящей перед современным машиностроением, является создание и производство конкурентоспособной продукции. В связи с этим одной из основных тенденций развития машиностроительной промышленности является разработка новых и совершенствование существующих технологических процессов, обеспечивающих повышение требований к качеству деталей при снижении себестоимости и трудоемкости их производства, экономии материальных и энергетических ресурсов. При этом особую актуальность приобретают новые подходы к технологии изготовления деталей, направленные на изыскание резервов применяемых способов обработки, установление оптимальных режимов проведения технологических операций. Значительное место среди новых направлений совершенствования действующих технологических процессов занимает обработка металлов давлением (ОМД), являющаяся высокоэффективным способом изготовления, и в частности, холодное выдавливание. Использование холодного выдавливания для изготовления полых и трубчатых цилиндрических деталей позволяет, сократить длительность процесса обработки даже по сравнению с другими видами ОМД. Этому способствует наличие теплового эффекта, возникающего вследствие большой передачи энергии от рабочего инструмента к заготовке за малый промежуток времени, что позволяет значительно повысить степень деформации и выполнять деформирование почти без теплообмена, давая возможность получать детали с тонкими стенками за одну операцию. При этом металл успевает полностью деформироваться, прежде чем материал штампа достигнет предела упругости, что снижает погрешность размеров штампуемых деталей. Одним из способов холодного выдавливания является комбинированное выдавливание, применяемое для изготовления цилиндрических деталей более сложной формы, имеющих разные наружные диаметры, конусы, фигурное дно. Однако при формировании стенки с малой толщиной и фигурного дна очень трудно избежать нарушений в переходных частях изделий. Поэтому, несмотря на достоинства комбинированного выдавливания, внедрение его в производство осуществляется медленными темпами, что обусловлено отсутствием научно обоснованного анализа процессов и недостаточным количеством рекомендаций, направленных на прогнозирование качества штампуемых деталей, требующего более детального анализа свойств обрабатываемых материалов, связанных с пластической неоднородностью.

Следует так же отметить, что разработка технологий в настоящее время должна проводиться с минимальными сроками освоения выпуска продукции, что возможно только при использовании современных методов подготовки производства, требующих применения более совершенных математических моделей, описывающих процессы деформирования материалов и использование достижений вычислительной техники. Поэтому актуальной является задача, состоящая в разработке теоретически обоснованных режимов комбинированного выдавливания тонкостенных цилиндрических деталей массового производства.

Цель работы. Повышение эффективности изготовления тонкостенных цилиндрических деталей методом комбинированного выдавливания путем разработки теоретически обоснованных режимов и выбором специального вида технологии, обеспечивающих повышение производительности, заданное качество, уменьшение трудоемкости и металлоемкости, сокращение сроков подготовки производства новых деталей.

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

1. Составить систему уравнений, позволяющую с привлечением метода конечных элементов решать задачи объемного пластического течения, определять силовые и кинематические характеристики, напряженное деформированное состояние, учитывать пластическую неоднородность.

2. Провести теоретический расчет процесса комбинированного выдавливания тонкостенных цилиндрических деталей с определением кинематики течения материала, силовых режимов и анализом напряженно-деформированного состояния.

3. Установить зависимости влияния технологических параметров: степени деформации, угла конусности матрицы, коэффициентов трения инструмента и скорости деформирования на кинематику течения материала, силовые режимы, напряженное и деформированное состояние в процессах комбинированного выдавливания тонкостенных цилиндрических деталей.

4. Адаптировать пакет прикладных программ БЕРСЖМ-ЗО™ У6.1 для расчета процессов комбинированного выдавливания цилиндрических деталей в условиях объемной деформации с применением многошагового процесса принятия решения.

5. Разработать рекомендации по проектированию технологических процессов изготовления цилиндрических деталей, с использованием операции комбинированного выдавливания.

Объект исследования. Операции комбинированного выдавливания тонкостенных цилиндрических деталей.

Предмет исследования. Установление влияния технологических параметров на силовые режимы, кинематику течения материала, напряженное и деформированное состояние заготовки при комбинированном выдавливании тонкостенных цилиндрических деталей.

Методы исследования. Исследование процессов комбинированного выдавливания тонкостенных цилиндрических деталей выполнено с использованием основных положений теории пластичности жесткопластического, несжимаемого, изотропного, материала. Моделирование процесса осуществлено методом конечных элементов на базе прикладной программы ОЕРОИМ-ЗО™ У6.1. Для создания геометрии заготовки, получаемой детали и экспериментального инструмента использован программный комплекс ЗОЬГОХУОЮСЗ 2009. Возможности формоизменения исследуемых процессов деформирования оценивались по величине интенсивности напряжений и деформаций в пластической области.

Автор защищает:

- систему уравнений для анализа процесса комбинированного выдавливания тонкостенных цилиндрических деталей в условиях объемного напряженного и деформированного состояний;

- результаты теоретических исследований комбинированного выдавливания тонкостенных цилиндрических деталей;

- установленные зависимости влияния основных технологических параметров на силовые характеристики, напряженное и деформированное состояния заготовки и возможности деформирования;

- адаптированный пакет прикладных программ для ЭВМ по расчету операции комбинированного выдавливания тонкостенных цилиндрических деталей;

- рекомендации по проектированию технологических процессов изготовления

тонкостенных цилиндрических деталей массового производства с использованием операции комбинированного выдавливания.

Научная новизна: установление закономерностей изменения силовых режимов, кинематики течения материала, напряженного и деформированного состояния, пластической неоднородности материала от технологических параметров процесса комбинированного выдавливания тонкостенных цилиндрических деталей при объемном деформировании.

Практическая ценность работы. На основе выполненных исследований разработаны рекомендации и пакет адаптированных прикладных программ по расчету технологических параметров комбинированного выдавливания тонкостенных цилиндрических деталей, обеспечивающих интенсификацию технологических процессов, заданное качество и сокращение сроков подготовки производства новых изделий.

Реализация работы. Отдельные результаты диссертационной работы использованы в учебном процессе при подготовке специалистов и магистров направления 261100 «Полиграфия» специальности «Технология и дизайн упаковочного производства» и включены в разделы лекционных курсов «Тара и ее производство», «Производство металлической тары», а также применяются в научно-исследовательской работе студентов при выполнении курсовых и дипломных проектов.

Апробация работы. Результаты исследований доложены на Всероссийской научно-технической конференции студентов, магистрантов, аспирантов и молодых ученых "Техника XXI века глазами молодых ученых и специалистов" (г. Тула, 2009, 2012 гг.); на ежегодных магистерских научно-технических конференциях Тульского государственного университета (г. Тула, 2009, 2012 гг.), а также на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Тульского государственного университета (г. Тула, 2009 - 2013 гг.).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 7 печатных работ, в том числе 5 работ в изданиях, входящих в Перечень рецензируемых научных журналов ВАК.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения и четырех разделов, заключения, списка использованных источников из 123 наименований, 2 приложений и включает 98 страниц машинописного текста, содержит 27 рисунков и 11 таблиц. Общий объем - 108 страницы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность рассматриваемой в работе научно-технической задачи, сформулированы цель работы, положения, выносимые на защиту, научная новизна, методы исследования, практическая ценность, приводятся данные о реализации работы, публикациях, структуре и объеме диссертационной работы, краткое содержание разделов диссертации.

В первом разделе работы представлен обзор технологий изготовления цилиндрических изделий бытового назначения, имеющих разные конструкции и широко применяемых в разных отраслях промышленности. Установлено, что в технологии их изготовления широкое распространение получили операции холодного выдавливания. Приведена классификация процессов холодного выдавливания, рассмотрены основные теоретические методы, которые могут быть использованы для исследования. Исследованию процессов выдавливания посвящены

работы многих отечественных и зарубежных ученых: A.A. Богатова, С.И. Вдовина, O.A. Ганаго, С.И. Губкина, Г.Я. Гуна, Г.А. Данилина, Г.Д. Деля, A.M. Дмитриева, A.A. Ильюшина, Ю.Г. Калпина, Л.М. Качанова, B.JI. Колмогорова, В.Д. Кухаря, С.И. Мижирицкого, А.Г. Овчинникова, В.А. Огородникова, Е.А. Попова, Е.И. Семенова, Л.Г. Степанского, М.В. Сторожева, А.Д. Томленова, Е.П. Унксова, С.П. Яковлева, В. Джонсона, Д. Друкера, X. Кудо, Р. Хилла и других. Однако многие сложные вопросы анализа напряженно-деформированного состояния, проектирования и разработки технологических операций холодного выдавливания остаются мало изученными. Особенно трудными для анализа остаются вопросы, связанные с применением объемных схем пластического формоизменения, в которых материал испытывает сложное нагружение, к ним и относятся процессы комбинированного выдавливания тонкостенных цилиндрических деталей. Таким образом, разработка теоретически обоснованных режимов пластического деформирования процессов комбинированного выдавливания, обеспечивающих заданное качество, является актуальной задачей. Для этого целесообразно использовать точные методы расчета и достижения современной вычислительной техники. На основе проведенного обзора поставлена научная задача диссертационного исследования, состоящая в разработке теоретически обоснованных режимов комбинированного выдавливания тонкостенных цилиндрических деталей с использованием трехмерной модели.

Во втором разделе даны основные соотношения и уравнения, необходимые для теоретического анализа процесса комбинированного выдавливания методом конечных элементов. Математическое моделирование выполнено в предположении, что материал жесткопластический, несжимаемый, изотропный.

Основные уравнения для проведения расчета следующие:

Условие текучести запишем в виде /(а,у) = au + f(su = О (1)

где интенсивность деформации определяется по формуле £и = dt (2)

I

В приведенных выражениях ¡;„ и а„- соответственно интенсивности скоростей деформаций и напряжений, определяемые выражениями 42 I/ r V2 / , Ъ , ч23

(3)

(4)

При построении численных решений технологических задач теории пластичности принимаем:

- в случае медленного пластического течения уравнение равновесия

о.. . = 0 (5)

- определяющие уравнения в формулировке Леви-Мизеса

Ьу=~°и (б)

- соотношения связи компонентов скоростей деформаций с компонентами вектора скорости перемещения

(у- ■ + V - •)

\ 3' (7)

- условие несжимаемости (8)

- условия для компонент скорости V,-1(=0= v(- (f0 ) (9) В приведенных выражениях a¡j - компоненты тензора напряжений;

sy =ау -5ус- компоненты девиатора напряжений; 5у- символ Кронекера;

компоненты скоростей деформаций; v(- - компоненты вектора скоростей; V, -компоненты вектора ускорений; t - время; индексы i,j = 1,2,3.

Связь между инвариантами а„, еи и может определяться уравнением состояния в общем виде аи = аи(eu,ç„ ) (10)

где ец - интенсивность деформаций.

Рассмотренная система уравнений (1-10) для статических задачи является замкнутой относительно функций а у, и v,-. Они должны быть

проинтегрированы по объему V.

Для построения единственного решения сформулированы граничные условия в любой текущий момент деформирования t на поверхности тела S объемом V в предположении, что поверхность S состоит из двух частей S = Sv U S j-, на

поверхности Sv vi~v*i (11)

где v* - заданная скорость перемещения - в технологических задачах, как правило, скорость инструмента.

Если, в касательной к поверхности Ss, к плоскости инструмента имеет место скольжение деформируемого металла со скоростью vf, направление и величина которой известна, то граничные условия включают учет трения.

Касательное напряжение трения на контактной поверхности определяется по формуле (12)

где ц- коэффициент трения. Величина тЛ, принимается осредненной, а коэффициент ц - постоянным, по всей поверхности контакта.

На поверхности S у- задается вектор поверхностного напряжения

//=//* 03)

В частном случае, если плоскость свободна от нагрузок, то / =0 (14)

Начальное условие задачи определим в виде задания исходных координат точек тела в начальный момент времени t = f0

=Xj(xQ,y0,zQ,t) (/ = 1,2,3) (15)

Кроме того, в качестве начальных условий можно задавать значения механических характеристик материала в заготовке ав.

Решение поставленной задачи ищется в пределах пластически деформируемого объема V, которые связаны системой уравнений (1 - 10) и граничными условиями (11 - 15). Сформулированная выше система уравнений, для решения задач эквивалентна исследованию на экстремум соответствующего функционала. Для решения технологических задач ОМД будем использовать принцип возможных перемещений с представлением соответствующего функционала. В качестве

возможных перемещении принимаются величины, пропорциональные скоростям перемещений точек деформируемой среды. Для нестационарной стадии деформирования задача решается шаговым методом, т.е. функционал рассматривается справедливым на некотором достаточно малом временном отрезке А?.

Вводятся следующие допущения:

- весь материал в рассматриваемом объеме V находится в пластическом состоянии;

- значение интенсивности напряжений ом =а5. (а8 - сопротивление материала пластической деформации), задано;

- ускорение материала на текущем шаге решения задачи не варьируется, а плотность материала в процессе всего периода деформирования остается неизменной и принимается равной ее начальному значению.

Функционал полной мощности, эквивалентный системе уравнений с учетом принятых допущений для задачи принимает следующий вид

(16)

т/ о I /1 О '

г*

где /,• - известное напряжение на поверхности тела.

Согласно принципу Журдена действительное поле скоростей, в отличие от всех возможных, сообщает функционалу полной мощности минимальное значение. Минимум должен быть найден для класса функций, соответствующих условию несжимаемости.

На основе приведенной методики составлены схемы алгоритмов и адаптирован программный комплекс ОЕРОИМ-ЗО™ У6.1, позволяющий моделировать процесса комбинированного холодного выдавливания с использованием ЗЭ конечных элементов пирамидальной формы. Для создания геометрии заготовки, получаемой детали и экспериментального инструмента использован программный комплекс 80ЬГО\УСЖК8 2009.

Осуществлен расчет силовых параметров операции комбинированного холодного выдавливания детали типа туба (рис. 1) из кружка, полученного из листа алюминиевого сплава А 7 ГОСТ 21631-76 со степенью деформации е = 0,96 при

угле конусности матрицы а = 26° и коэффициенте трения ц = 0,08, со скоростью деформирования V = 0,3 м/с.

Нзй

т

Рис. 1. Схема комбинированного холодного выдавливания: 1 - пуансон, 2 -заготовка, 3 - матрица, 4 - выталкиватель, и туба

Технологическая операция, характеризуется истечением металла из замкнутой полости матрицы 3 в зазор между пуансоном 1 и матрицей в прямом и обратном направлении, перемещению пуансона. Принципиальная расчетная схема процесса комбинированного холодного выдавливания, КЭ модели заготовки приведена на рис.2. На рис. 3. представлен график изменения технологической силы от времени. Максимальная технологическая сила Р = 882353 Н, удельная сила р = 709,3 МПа.

кружок 1-0.0119 (с)

Рис. 2. Состояния КЭ модели от времени

000355 0 00709 00106 о 0142

Время (с)

Рис.3. Изменение технологической силы от времени

Распределение интенсивности напряжения в заготовке, для характерных моментов деформирования, представлены на (рис.4).

.г л

*Я I

капряжскня о (МПа)

1 Шаг 429 Пнк-нситнкмь напрюкип

няя

и

Рис. 4. Распределение интенсивности напряжения

Распределение интенсивности деформации в заготовке, для характерных моментов деформирования, представлены на (рис. 5).

Шаг 74

Интенсивность деформации еи (мы/ым)

I

Интенсивность деформации £„ (мм/мм)

I

0 000 I 0.0185 Мш

I 1.7 К

0.000 | 0.170 Мю < 2.1 Мах

Интенсивность деформации е„ (мм/мм)

Интенсивность деформации е„ (мм/мм)

1

у 0.000 | 0476 М1п

I_1< 2.3 Мах

Рис. 5. Распределение интенсивности деформации

0.476 Мю 3.7 Мах

Распределение интенсивности скорости деформации в заготовке, для характерных моментов деформирования, представлены на (рис.6).

>росш деформации ¿и 11.ч

Интенсивность скорости деформации ¿и(1/с 2080 I

I

Интенсивность скорости деформации £и(1/с)

Рис. 6. Распределение интенсивности скорости деформации

Результаты расчета интенсивности напряжений, деформаций и скоростей деформации, приведенные в таблице 1.

Время (с) Номер характерной точки Интенсивность

Напряжения, МПа Деформации Скорости деформации, I/с

0,0119 1 26,1 0,174 0,729

2 35,5 0,191 1,034

3 56,3 0,215 6,44

0,0133 1 108,4 0,303 219,2

2 101,9 0,566 233,6

3 105,0 0,803 273,2

0,0150 1 1 11,7 1,329 303,5

2 114,5 1,823 326,6

3 119,5 2,377 480,7

0,0169 1 48,7 1,809 476,1

2 116,4 2,446 517,5

3 124,2 3,567 616,5

поверхности «пуансон-заготовка, матрица-заготовка». Полученные результаты вычислений показывают, что предложенный подход позволяет решать трехмерную задачу с определением силовых режимов и анализом напряженно-деформированного состояния процессов комбинированного выдавливания. Сопоставляя полученные результаты для различных точек, можно определить пластическую неоднородность деформируемого материала.

В третьем разделе проведено моделирование процесса комбинированного холодного выдавливания тубы на основе адаптированного программного комплекса ОЕРОЯМ-ЗО У6.1. Принципиальная расчетная схема следующая. На заготовке рис. 2 выбраны три точки в разных зонах, для которых на характерных временных этапах процесса комбинированного выдавливания тубы проведен расчет напряженно-деформированного состояния при различных параметрах. В качестве основных технологических параметров учитывались степень деформации, угол конусности матрицы, скорость деформирования и коэффициент контактного трения на инструменте. Моделирование проводилось по схеме проведения однофакторного эксперимента, когда исследовалось влияние одного параметра при постоянных значениях других.

На рис. 7. представлены зависимости влияния степени деформации, угла конусности матрицы, скорости деформирования и коэффициента контактного трения на инструменте на интенсивность напряжения и интенсивность деформации при комбинированном выдавливании для 3 точек (см. рис. 2).

Влияние угла конусности матрицы Влияние степени деформации на интенсивность

<Ти, МПа на интенсивность напряжения для 3 точек Ша напряжения для 3 точек

ц 22 24 26 28 ЗО С*, град

у=0,3ы'с; е=0.96; ц= 0,08 Влияние коэффициента трения на интенсивность деформации для 3 точек

0,08 0,09 0,1 0,11 0,12 у=о.Зы с; 8=0,96, а= 26°

Влнянне скоростп д.форчирои.я,,» ». »„„„„»„ось Вп,,я„„» ко,фф,ш„е„т> треш.я „. „„теиси.ность

скорости леформшн» лля 3 точек г" ' г

скорости леформашш лля 3 точек

600 500 400 300

:оо 100

* •wc 0 07 0.08 0.09 0.1 0,11 0.1^ 0.13

е=0,9б. ц=0.08; а= 26° v=0.3 м с. е=0.96: сс=26°

Рис. 7. Влияние технологических параметров на интенсивность напряжения, деформации, скорости деформации

Анализ полученных результатов позволяют сделать следующие выводы. На величину интенсивности напряжения при изготовлении тонкостенных цилиндрических изделий указанные факторы оказывают примерно одинаковое влияние. Наибольшее численное значение интенсивность напряжения достигает в точках 1 и 3 в зонах контакта детали с инструмент. Максимальных значений интенсивность напряжения достигает в контактной зоне «пуансон-заготовка» °и = 136,2МПа (точка 3), но по величине за все время процесса они не превышают предельного значения. Интенсивность деформации в процессе выдавливания достигает максимального значения еи = 3,62 (точка 3) при увеличении степени деформации до 0,98. Интенсивность скорости деформации - достигает максимальных значений ^„=656,5 1/с (точка 1). Таким образом, можно сделать вывод, что проведение операции комбинированного выдавливания заготовки из алюминия А7 при данных технологических параметрах возможно.

Проведено численное исследование процесса комбинированного выдавливания с применением метода планирования многофакторного эксперимента с целью установления количественной зависимости технологической силы от основных факторов (е -степени деформации, а - угла конусности матрицы, ц- коэффициента контактного трения на инструменте, v - скорости деформирования). На основании априорной информации были выбраны следующие интервалы варьирования (6=0,94...0,98, а =22°...30°, ц= 0,08...0,12, v =0,3...0,9м/с). Для описания процесса принят ортогональный план I порядка.

Полученное уравнение регрессии в натуральном масштабе имеет вид Р = 67,85 + 2,9 1е -1,17а + 83,80ц + 0,79v + 1,83£а - 96ец + 0,69ац - 0,8 lsv

Уравнения регрессии учитывают взаимное влияние, что позволяет получать более точные результаты при теоретическом исследовании процессов. Анализируя полученное уравнение регрессии, можно сделать вывод, что наибольшее влияние на величину технологической силы при комбинированном холодном выдавливании в данном интервале изменения факторов оказывает угол конусности матицы -геометрия инструмента. Использование уравнения регрессии позволяет определить значение технологической силы в зависимости от основных факторов, без применения сложной вычислительной техники, что значительно сокращает время расчета. Найденное значение силы может быть использовано для подбора технологического оборудования, прогнозирования стойкости рабочего инструмента и выбора материала для его изготовления.

Адаптированный пакет прикладных программ позволяет моделировать влияние основных технологических параметров на предельные возможности процесса формоизменения с визуализацией результатов расчетов в виде графиков, рисунков

деформируемого полуфабриката. В случае задания технологических параметров, которые приводят к превышению предельных возможностей процесса формоизменения, выдается графическое изображение, показывающее, что проведение процесса не возможно.

Четвертый раздел содержит результаты практического использования проведенных исследований при проектировании технологических процессов на базе операции комбинированного холодного выдавливания. Использование разработанного подхода дает возможность прогнозировать силовые, деформационные характеристики, устанавливать возможности степени формоизменения, разрабатывать в кратчайшие сроки высокоэффективные новые технологические процессы изготовления изделий при рациональном выборе режимов обработки.

Данная методика иллюстрируется на примере изготовления алюминиевой тубы. На рис. 8 показаны основные переходы предлагаемого технологического процесса с использованием операции комбинированного выдавливания.

. Вырубка заготовок

Оборудование: пресс РД63/250 Р=617,4 кН_

2. Снятие заусениц

Оборудование: галтовочный барабан. Частота вращения

барабана 30 об/мин

3. Отжиг Т=460...500°С Оборудование: Туннельной печь Производительность печи 160 - 200 кг/ч.

4. Травление и промывка

Оборудование: машина для травления, промывки и сушки заготовок производительностью 360 кг/ч

5. Смазка заготовок Оборудование: галтовочный барабан затрузкой 90... 300 кг

6. Комбинированное холодное выдавливание туб

7. Механическая обработка - обрезка туб по длине и накатка резьбы

Оборудование: обрезной и резьбонакатный автомат,

Производительностью 60...120 шт.

Оборудование: пресс Х250Э Р=2500кН

8. Покрытие лаком внутренней поверхности

Оборудование: Распылительный автомат

9. Наружная окраска туб (покрытие эмалью) Оборудование: машина для наружной окраски туб

10. Нанесение печати на внешнюю поверхность туб

Оборудование: печатная трехкрасочная машина

Рис. 8. Технологический процесс изготовления алюминиевой тубы

На основании изложенного можно сделать вывод о том, что внедрение подобных технологий и методик расчета в производство способно дать существенный экономический эффект.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В диссертационной работе решена актуальная научная задача, имеющая важное значение для различных отраслей машиностроения, состоящая в разработке теоретически обоснованных режимов комбинированного пластического деформирования тонкостенных изделий массового производства, полученных с использованием точных методов расчета и достижений вычислительной техники, обеспечивающих повышение производительности, уменьшение трудоемкости и сокращение сроков подготовки производства новых изделий.

В процессе проведенного изучения и моделирования комбинированного выдавливания цилиндрических деталей получены следующие основные результаты и сделаны выводы:

1. Составлена система уравнений для составления функционала, позволяющего решать задачи в условиях объемного пластического течения с привлечением метода конечного элемента определять силовые и кинематические, характеристики, напряженно-деформированное состояние, учитывать пластическую неоднородность в процессах комбинированного выдавливании тонкостенных цилиндрических деталей из жесткопластического, несжимаемого, изотропного материала.

2. Выполнен теоретический расчет процессов комбинированного выдавливания тонкостенных цилиндрических деталей с определением силовых режимов и анализом напряженно-деформированного состояния путем решения трехмерной задачи с визуализацией схем процессов и исследованием кинематики полученных значений в виде графиков и диаграмм.

3. Моделирование процесса комбинированного выдавливания позволило установить зависимости влияния технологических параметров: степени деформации, угла конусности матрицы, коэффициентов трения инструмента и скорости деформирования на кинематику течения материала, напряженно-деформированное состояние заготовки, силовые режимы. Показано, что операцию комбинированного выдавливания из плоской заготовки алюминиевого сплава А7-ГОСТ 21631-76, имеющего предел прочности ав= 68...72МШ возможно проводить при степени деформации е = 0,96с толщиной стенки до 0,17 мм, дальнейшее увеличение степени деформации приводит к разрушению полуфабриката. Оптимальными являются: коэффициент трения на инструменте ц = 0,08...0,12, угол

конусности матрицы а = 26°...30°, скорость деформирования у = 0,3...0,9 м/с, дающие минимальные значения технологической силы, интенсивности напряжения и деформации.

4. На основе предложенного метода решения задач составлены соответствующие схемы алгоритмов и адаптирован программный комплекс ОБРОЯМ-ЗО™ У6.1 и использован программный комплекс 80ЬЮ\У0ЮС8 2009. для расчета технологических процессов комбинированного выдавливания, протекающих в условиях объемной деформации, с использованием многошагового процесса принятия решения. Проведено исследование влияния технологических факторов на силовые параметры процесса, с применением метода планирования многофакторного эксперимента и получено уравнение регрессии. Использование пакета прикладных программ и уравнения регрессии дает возможность уменьшить

время проведения технологических расчетов, обеспечивает наглядность результатов и позволяет сократить сроки освоения выпуска продукции.

5. Разработаны рекомендации по проектированию технологических процессов изготовления тонкостенных цилиндрических деталей. Спроектирован технологический процесс изготовления алюминиевой тубы. Технико-экономическая эффективность предлагаемого технологического процесса обеспечивается тем, что основной формоизменяющий операцией является комбинированное выдавливание, которая дает возможность повысить производительность в 2 раза, при коэффициенте использования материала 65,5%, а применение автоматизированного проектирования технологического процесса сокращает срок подготовки производства в 1,4 раза.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОТРАЖЕНО В ПУБЛИКАЦИЯХ

1. Нгуен, Т.Ч. Исследование процесса холодного обратного выдавливания [Текст] / Т.Ч. Нгуен, Г.М. Журавлев II IV-я магистерская научно-техническая конференция Тульского государственного университета: сборник докладов под общей редакцией д-ра техн. наук, проф. Ядыкина Е.А. - Тула: Изд-во ТулГУ, 2009. -С. 257-258.

2. Нгуен, Т.Ч. Технология изготовления корпуса тюбика выдавливания [Текст] / Т.Ч. Нгуен, Г.М. Журавлев // Техника XXI века глазами молодых ученых и специалистов: материалы докладов всероссийской НТК студентов, магистрантов, аспирантов и молодых ученых. - Тула: Изд-во ТулГУ, 2012. - С. 299-304.

3. Нгуен Т.Ч. Моделирование процесс холодного обратного выдавливания методом конечных элементов [Текст] / Т.Ч. Нгуен // Известия ТулГУ. Технические науки. - Тула: Изд-во ТулГУ, 2013. - Вып.4. - С. 59-66.

4. Нгуен Т.Ч. Постановка задачи расчета процесса комбинированного холодного выдавливания [Текст] / Т.Ч. Нгуен, Г.М. Журавлев // Известия ТулГУ. Технические науки. - Тула: Изд-во ТулГУ, 2013. - Вып.5. - С. 13-19.

5. Нгуен Т.Ч. Расчет силовых параметров комбинированного холодного выдавливания [Текст] / Т.Ч. Нгуен, Г.М. Журавлев // Известия ТулГУ. Технические науки. - Тула: Изд-во ТулГУ, 2013. - Вып.5. - С. 25-32.

6. Нгуен Т.Ч. Анализ напряженно-деформированного состояния процесса комбинированного холодного выдавливания [Текст] / Т.Ч. Нгуен, Г.М. Журавлев // Известия ТулГУ. Технические науки. - Гула: Изд-во ТулГУ, 2013. — Вып.6. Ч 2 — С. 105-110.

7. Нгуен Т.Ч. Влияние технологических режимов на силовые параметры процесса комбинированного холодного выдавливания [Текст] / Т.Ч. Нгуен, Г.М. Журавлев // Известия ТулГУ. Технические науки. - Тула: Изд-во ТулГУ, 2013. - Вып.7. Ч 2- С. 239-245.

Изд.лицЛР № 020300 от 12.02.97. Подписано в печать 12.11.2013 Формат бумаги 60x84 'Аб- Бумага офсетная. Усл.печ. л. 0,9 Уч.изд. л. 0,8 Тираж 100 экз. Заказ 081 Тульский государственный университет. 300012, г. Тула, просп.Ленина, 92. Отпечатано в Издательстве ТулГУ. 300012, г. Тула, просп.Ленина, 95.