автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.05, диссертация на тему:Методика проектирования технологии холодного деформирования современных артиллерийских гильз

Для служебного пользования Экз. № 3

На правах рукописи

ТРАВИН Вадим Юрьев)

МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ХОЛОДНОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ СОВРЕМЕННЫХ АРТИЛЛЕРИЙСКИХ ГИЛЬЗ

Специальность 05.03.05—Процессы н машины обработки давлением

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Д1ТГ-Т <->. ;; 7 :> ) ^ Р

Диссертация выполнена в Тульском государственном университете i ГУП'ТНПП "Сплав"

Научный руководитель — доктор технических наук, профессор

Научный консультант — академик PAP АН, доктор технических

наук, профессор

Макаровец Николай Александрович

Официальные оппоненты:

— доктор технических наук, профессор Кухарь Владимир Денисович

— кандидат технических наук, старший научный сотрудник Зимин Владимир Фёдорович

Ведущая организация — ГУП "Машиностроительный завод "Штамп"

на заседании диссертацис ульского государствен»

го университета (300600, г. Тула, ГСП, проспект им. Ленина, 92, ауд. 9-101).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тульского государс венного университета.

Тутышкин Николай Дмитриевич

Защита состоится

1999 г. в

Автореферат разослан «

» ÖKmäShä 1999 г.

Учёный секретарь диссертационного совета, к.ф.-м.н., доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Артиллерийские гильзы современных конструкций :пытывают при функционировании высокие давления и скорости деформа-ии, тепловые удары. Большое распространение в технологии производства шьз получили процессы холодной обработки давлением (ОД): вытяжки, вышей, вытяжки с утонением стенки, объёмной штамповки для профилирова-ия донной части, обжима, разделительные. Процессы холодной ОД позволя->т не только осуществлять формообразование изделий с заданной точностью х элементов и размеров, но и получать за счёт деформационного упрочнения ысокие прочностные характеристики.

Постоянно возрастающие требования к эксплуатационным характеристи-ам артиллерийских гильз (испытывающих высокие давления до 700 МПа и ыше), ставят перед производством новые сложные технологические задачи. Экспериментальные исследования и испытания показали, что эксплуатацион-ые свойства гильз современных конструкций зависят не только от стандарт-ых механических характеристик (временного сопротивления, относительного длинения, модуля упругости), но и физико-структурных параметров, в пер-ую очередь — степени повреждённости их материала микродефектами. Потому надёжное обеспечение эксплуатационных характеристик гильз связано с ехнологическим прогнозированием как механических, так и структурных арактеристик повреждённости микродефектами обрабатываемых материалов.

Обзор существующих подходов к проектированию технологии изготов-ения артиллерийских гильз показал, что они основываются на существующем пыте производства и приводят, как правило, к значительному объёму работ ю отработке и внедрению технологии. В связи с этим актуальное значение [риобретают методы проектирования технологии с надёжным прогнозирова-шем механических и структурных характеристик обрабатываемых изделий. Гоэтому решаемая научная задача по созданию усовершенствованной методи-и проектирования технологии холодного деформирования артиллерийских ильз современных конструкций, эксплуатирующихся с нагрузками до 00 МПа и выше, является актуальной.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с отраслевым планом пециального машиностроения, Государственным заказом отраслевого мини-терства ГУП "ГНПП "Сплав" и госбюджетной темой 64-95 Тульского госу-[арственного университета.

Цель работы. Исследование и разработка усовершенствованной методики фоектирования технологии холодного деформирования современных артил-

лерийских гильз, функционирующих при нагрузках до 700 МПа и выше.

Метод исследования. Для решения поставленной научной задачи истин зовались прикладная теория пластичности, положения физики и механик повреждаемости деформируемых металлов, численные методы решения си< тем дифференциальных уравнений в частных производных гиперболическог типа, систематизированные экспериментальные и производственные данны по технологии изготовления артиллерийских гильз и компьютерное моделирс вание технологии.

Автор защищает:

1. Результаты теоретического и экспериментального исследования те> нологии изготовления современных конструкций артиллерийских гильз.

2. Усовершенствованную методику проектирования и результаты разрг ботки и внедрения технологии холодного деформирования современны артиллерийских гильз.

3. Программное обеспечение и результаты компьютерного проектировг ния технологии.

Научная новизна. На базе передового технологического опыта, основны соотношений теории пластического течения и кинетической модели повреж дённости деформируемого материала микродефектами разработана усовер шенствованная методика проектирования технологии холодного деформирс вания современных артиллерийских гильз, эксплуатирующихся при давления до 700 МПа и выше.

Практическая ценность и реализация работы.

Результаты исследования технологии изготовления артиллерийских гиль дают возможность более обоснованно выбирать технологические параметры ] надёжно прогнозировать механические и структурные характеристики обраба тываемого материала. Созданная усовершенствованная методика позволяв спроектировать высокопроизводительную технологию изготовления совре менных артиллерийских гильз.

На основе проведённых исследований и усовершенствованной методик] создана компьютерная программа проектирования технологии изготовлени цельнотянутых гильз с задаваемыми физико-механическими характеристика ми материала.

Результаты выполненной работы внедрены в производство на ГУГ "ГНПП "Сплав" и в учебный процесс по специальности 17.15.00 ТулГУ.

Апробация работы и публикации.

Результаты исследований доложены на научно-технических конференци ях Тульского государственного университета (г. Тула, 1994 - 1999 гг.)

По материалам диссертации опубликовано 6 работ.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх азделов, заключения, списка использованных источников из 126 наименовали, приложения и содержит 136 страниц основного машинописного текста, О иллюстраций, 2 таблицы. Общий объём работы составляет 214 страниц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновываются актуальность и научная новизна решаемой аучной задачи, формулируется цель работы. Кратко раскрывается содержа-:ие разделов диссертации.

В первом разделе приводится обзор работ по технологии изготовления ртиллерийских гильз, представляющих собой корпусные осесимметричные аделия с заданными характеристиками. Особое внимание обращается на не-бходимость технологического обеспечения надёжного функционирования овременных конструкций гильз в следующих условиях:

- максимальное давление до 700 МПа и выше;

- высокая температура рабочих газов до 3000 К;

- малый отрезок времени функционирования порядка (10_3 - ¡О 2) с.

Механические и физико-структурные свойства материала гильз должны

беспечивать их эксплуатационные характеристики в температурном интерва-е ±60°С и при длительном воздействии инея, росы и морского тумана.

В связи с переходом на более жёсткие режимы функционирования тради-[ионный подход к технологическому формированию прочностных характери-тик гильз перестал удовлетворяться. При проведении эксплуатационных ис-[ытаний стали наблюдаться случаи потери прочности (даже при достижении ысоких механических свойств материала). Результаты испытаний вполне огласуются с современными положениями механики разрушения, согласно оторым при'решении задач прочности конструкций, испытывающих интен-ивные нагрузки, необходимо учитывать повреждённость материала микроде->ектами и образование полостных дефектов.

Отсюда можно заключить, что совершенствуемый подход к проектирова-1ию технологии изготовления гильз должен обеспечивать не только заданные сеханические характеристики, но и допустимую степень повреждённости шкродефектами обрабатываемого материала. Сравнительный анализ техноло-ических методов изготовления корпусных осесимметричных изделий с пере-1енной толщиной стенки подтвердил высокую эффективность процессов хо-одного деформирования на основе последовательных операций вытяжки с "гонением стенки с сопутствующими термохимическими операциями. Суще-

ственно, что свойства материала готовых цельнотянутых гильз определяюто не только заключительными операциями, но и всей технологией в целом, в ton числе физико-механическими свойствами исходных заготовок. Поэтому < позиций технологии надёжные функциональные характеристики гильз в зна чительной степени могут быть обеспечены за счёт улучшения состояния ис ходного металла (повышения однородности физико-структурных свойств исключения дефектов металлургического характера), направленного техноло гического формирования задаваемых физико-механических характеристи] обрабатываемого материала.

Решение этих вопросов возможно на базе использования кинетическоп подхода к проектированию и разработке технологии, основанного на совмест ном расчёте как механических, так и физико-структурных параметров дефор мируемого материала. Развитию и применению кинетического подхода в тео рии и технологии обработки давлением посвящены работы В.Л.Колмогорова Г.Д.Деля, В.А.Огородникова, А.А.Богатова, О.И.Мижирицкого, Н.Д.Тутыш кина, С.И.О, Ч.Чена, С.Кабояши, Ф.А.Макклинтока.

Существующая методика проектирования технологии холодного дефор мирования артиллерийских гильз основывается на положениях деформацион ной теории и предусматривает прогнозирование только стандартных механи ческих характеристик материала в контрольных поясах готовых изделий. Со вершенствуемая методика проектирования направлена на создание технологи! холодного деформирования гильз современных конструкций. Для достиженш поставленной цели в работе решаются следующие задачи:

- исследование технологии изготовления цельнотянутых гильз с учёто\ повреждаемости их материала;

- создание усовершенствованной методики проектирования технологии

- создание компьютерной программы проектирования технологии;

- внедрение результатов работы в производство.

Второй раздел посвящен исследованию технологии изготовления гильз Теоретический анализ технологических параметров формоизменяющих опера ций выполнен на основе решения основных уравнений, описывающих пласта ческое деформирование осесимметричных изделий в системе цилиндрическш координат г, z, в:

да г дтГ7 <Jr — сг, „

~1Г + -1Г+—-~ = °> (1)

ОТ* OZ г

дтГ2 d<7z dvrz дг dz г

(о> -сг2)2+ (аг -а-д)2+ {ад -сгг)2 + = 6т](еу,Мк), (3)

о _ дг дг _ дг дг ...

Л = —о-= ~-(4)

2тГ2 аг-а2

л - \ЫрА -зЫМ

1Ш1 ' (5)

^ + ^ + ^ = (6) дг дг г

^- = щ(ау,еу,рк), (7)

где аг,ст2,(тд,тг2 - отличные от нуля компоненты тензора напряжений Та;

\'г, V? - компоненты вектора скорости пластического течения; Л - положительная скалярная величина, пропорциональная мощности пластической деформации; г5 - предел текучести при сдвиге; ^(Рё)' ^з(Аг) и (Ра)>

/3{Ре) - квадратичный и кубический инварианты девиаторов скорости деформации и напряжения соответственно; ¡л^ - параметры повреж-дённости деформируемого материала микродефектами, связанные с напряжениями ау и деформациями еу; / - время.

Компоненты т2д = тдг ~ 0, уд = 0 , а окружное напряжение является главным. В качестве параметров принимаются скалярные характеристики повреждённости деформ1фуемого материала микродефектами (да) и порами (и). Система (1) - (7) состоит из уравнений внутреннего равновесия (1), (2), условия пластичности Мгоеса (3), уравнения соосности (4) и условия подобия (5) девиаторов скорости деформации и напряжения, условия несжимаемости (б) и кинетических уравнений (7) для повреждённости материала микродефектами.

Определяющими для компонент напряжений аг,и2,сгд,тг2 и скоростей течения являются уравнения (1) - (6). Поэтому решение системы уравнений (1) - (7) в целом основывается на поэтапном решении подсистемы (1) - (6) для механических параметров и кинетических уравнений (7) для

параметров повреждённое™ с последовательным обеспечением их связанности. Для решения уравнений осесимметричной деформации использовался метод последовательных гиперболических приближений, основанный на отображении зон текучести в девиаторном пространстве напряжений и скоростей деформаций.

Вид кинетических уравнений (7) и входящих в них функций определяется путём независимых исследований структурных параметров и систематизации экспериментальных данных об их изменении при различных режимах деформирования. В обработке давлением получило распространение представление о повреждённости как скалярной величине ю (0 < &> < 1), связанной с пластическим разрыхлением деформируемого металла. Величина пластического разрыхления оценивается остаточным увеличением объёма, который определяется свёрткой £ц тензора пластической деформации. С моментом образования макротрещины связывается момент достижения критической величины пластического разрыхления £цКр • Существование связи между относительным

изменением объёма металла и накапливаемой деформацией подтвержденс экспериментальными работами О.Г.Рыбакиной, Я.С.Сидорина, В.Н.Гридневг и других исследователей. В технологических расчётах связь между относи тельным изменением объёма и накапливаемой деформацией для широкогс класса конструкционных металлических материалов описывается степенно! зависимостью

¿И=ЬАа, (8)

где Л - степень деформации сдвига; а и Ь - параметры, определяемые го

опорным точкам экспериментальной кривой £ц = ЬАа. Согласно зависимост! (8), критическая величина пластического разрыхления

сИкр

где АПр — предельная степень деформации сдвига, соответствующая момеь ту разрушения.

Кинетическое уравнение для параметра повреждённое™ со, согласнс работам В.Л.Колмогорова, А.А.Богатова, О.И.Мижирицкого, С.В.Смирнова других исследователей, в соответствии со степенной функцией пластическог разрыхления (8), имеет следующий вид:

*«Кр А"„р (9)

"де Н - интенсивность скоростей деформации сдвига; £ц - скорость относи-гельного изменения объёма деформируемого материала; В(1) - коэффициент гемонотонности деформации.

В качестве другого структурного параметра и (О < и <1) использовалась жалярная величина повреждённости микропорами. Значение и = 1 соответст-}ует стадии образования полостных дефектов вследствие объединения пор. 1ри функционировании гильзы полостные дефекты под действием осевых и жружных растягивающих напряжений могут приводить к образованию полезных или продольных макротрещин в корпусе. Согласно исследованиям, троведённым на кафедре "Технологическая механика" ТулГУ, кинетическое /равнение для параметра повреждённости и имеет следующий вид:

де к,ап,Ьп - экспериментально определяемые коэффициенты; ^ = {°<т) ~ показатель напряжённого состояния, сг - среднее напря-

жение.

На основе изложенного теоретического подхода и систематизированных [роизводственных данных проведено исследование формоизменяющих опера-[ий технологического процесса изготовления цельнотянутых гильз с анализом :рогноз1фуемых механических характеристик и параметров повреждённости х материала: высадки полуфабрикатов вытяжки, вытяжки с утонением стен-и, объёмной штамповки донной части гильз.

Высадка полуфабрикатов позволяет на последующих вытяжных операци-х уменьшить степень деформации в зоне перехода стенок корпуса в дно, спо-обствует выравниванию механических и структурных свойств деформируе-юго материала в области дна и придонного участка корпуса и значительно нижает максимальную величину усилия, соответствующего деформации дон-ой части полуфабриката. С целью более точной оценки механических харак-гристик, параметров повреждённости материала и разработки соответствую-[их рекомендаций по расчёту деформирующего инструмента проведён анализ ормоизменения на операции высадки (рис. 1).

г а

У////////

Л*

/

у

У////////////////;

%

У/ Аз

'Л

% /

Я

/Л

Е<г\

Рт

N

а,

Рис. 1. Высадка дойной части полуфабрикатов: пластическая область и поле напряжений

Граничные условия для определения напряжённо-деформированного со-гояния металла являются довольно сложными. Средняя часть металла дна 1Ходится в условиях максимального сжатия. Переходный участок, гранича-[ий с рабочим конусом матрицы, испытывает напряжения по схеме закрытой эъёмной штамповки. Материал в окрестности оси симметрии подвергается рошивке. Поле напряжений определено из решения краевых задач в мери-иональной системе характеристических координат а, р для закона контакт-ого трения Прандтля тк = , где коэффициент трения находится в преде-ах 0,35 < < 0,65 в зависимости от величины нормального давления на сформирующую поверхность рабочего инструмента.

Найденное поле напряжений и интенсивности деформаций в узловых очках пластической области позволили установить характеристики повреж-ённости а> п и в меридиональных сечениях полуфабриката после высадки, (ля численного решения кинетических уравнений (9) и (10) процесс высадки ассматривался состоящим из двух этапов. Предельная степень деформации в зависимости от показателя напряжённого состояния а устанавливалась [о экспериментальной диаграмме пластичности для малоуглеродистой низко-егированной стали 1ПОА.

Анализ показал, что наибольшую повреждённость материал приобретает I зоне формообразования соска гильзы (рис. 2), где среднее напряжение, хотя I меньше нуля, но по модулю не превосходит величины предела текучести при двиге в связи с существованием свободной от напряжений границы ВС. Наи-{еньшую повреждённость имеет материал в зоне деформации под контактной юверхностыо штампа ЭЕ в связи со значительным по величине гидростати-[еским давлением, препятствующим развитию микротрещин и микропор деформационного происхождения.

Установленное распределение нормальных и касательных напряжений на сонтактной деформирующей поверхности штампа позволяют рассчитать тех-юлогическое усилие, достигаемое максимальной величины в заключительной :тадии высадки.

Результаты анализа позволили предложить и апробировать следующие рекомендации при проектировании инструмента высадки: угол конического лрофиля матрицы целесообразно выбирать в пределах ак ~ 25° - 35°; лагран-кева деформация в сечении полуфабриката с минимальной толщиной должна вставлять е = 0,25 - 0,40. Приведённые рекомендации способствуют лучшему зыравниванию механических и структурных свойств материала в области дна и

Рис. 2. Распределение характеристик повреждённости со и и в срединном слое донной части полуфабриката высадки

придонного участка корпуса на последующих операциях вытяжки с утонением при значительном снижении максимальной величины технологического усилия. Кроме этого, снижается разрыхлённость материала полуфабрикатов и обеспечивается достаточная вписываемость пуансонов в полуфабрикат на последующих вытяжных операциях.

Проведён анализ повреждённости деформируемого материала и степеней деформации на вытяжных операциях. Технология изготовления артиллерийских гильз основывается на операциях вытяжки с утонением стенки. Поэтому процесс развития повреждённости деформируемого материала на операциях вытяжки оказывает существенное влияние как на технологические параметры, в первую очередь операционные степени деформации, так и на наследование готовыми изделиями эксплуатационных характеристик.

Детальному исследованию напряжённо-деформированного состояния и анализу процесса пластического формоизменения при вытяжке осесимметрич-ных цилиндрических деталей посвящено много работ. Систематизированный обзор их результатов в отношении прогнозирования повреждённости обрабатываемых материалов приводит к следующим выводам. Развитие микротрещин и микропор происходит под преобладающим действием меридиональных растягивающих напряжений, создающих жёсткую схему напряжённого состояния. Под действием растягивающих меридиональных напряжений происходит наиболее интенсивное развитие ("раскрытие") микротрещин в окружном направлении обрабатываемого полуфабриката. Образование ориентированных в окружном направлении микротрещин создаёт предпосылки для возможного нарушения поперечной прочности гильз при их функционировании. Кроме того, промежуточный рекристаллизационный отжиг не восстанавливает полностью пластические свойства малоуглеродистых низколегированных сталей, так как экранирование образовавшихся оксидных плёнок на поверхности микротрещин препятствует восстановлению разорванных межатомных связей. Поэтому очень важным вопросом при проектировании технологии изготовления артиллерийских гильз является определение таких операционных степеней деформации при вытяжке с утонением, которые, с одной стороны, позволяют создать довольно интенсивную технологию, а с другой — исключить возможность образования в структуре материала крупных дефектов. Для решения этой задачи проведено исследование кинетики повреждаемости деформируемого материала по операциям технологического процесса.

Прогнозируемая повреждённость материала полуфабрикатов после "Г-той вытяжной операции

®1=°>осгщ- 1+Дю/, (11)

где Дсо/ - приращение повреждённости на "/"-той операции; (00ст1-\ ~ остаточная повреждённость после промежуточной термической операции.

Зависимость (11) позволяет установить допустимые операционные деформации [Л(]. Интегрируя кинетическое уравнение (9), находим:

Л/ аЛа~1 пл<? Л<у.= | Я—-= -

' Л А«

Л" Лс (12)

Степень деформации сдвига Л,- = Допустимая дефор-

мация Л, = [Л,] должна соответствовать допустимой повреждённости материала ¿у, = [о], что приводит к следующей зависимости:

...

[л]=Л

пр

[(о]-соост_х

В

\ / Количество вытяжных операций определяется из неравенства

'Ы-

(13)

п ,„

ШОСПЦ-\

ИА»р ;=1

* У

(14)

при наименьшей разности в левой его части, где Л у; — итоговая степень деформации сдвига, испытываемая материалом полуфабриката (заготовки) в наиболее напряжённом (опасном) сечении.

Согласно экспериментальным данным, полученным с помощью метода делительной сетки, накопленная деформация при вытяжке через две матрицы

(15)

где а^, — полууглы рабочего конуса верхней и нижней матрицы соответственно на "/"-той вытяжке.

Установленные зависимостью (15) соотношения между площадями Г( расчётных поперечных сечений полуфабрикатов позволяют последовательно рассчитать размеры полуфабрикатов по операциям, исполнительные размеры пуансонов вытяжки и рабочие диаметры матриц.

\

Кинетику изменения повреждённости обрабатываемых полуфабрикатов по формоизменяющим и термическим операциям технологического процесса изготовления детали "корпус" даёт диаграмма (рис. 3), наглядно связывающая операционные степени деформации, накапливаемую и остаточную величины повреждённости.

Кроме рассмотренных соотношений, на операционные степени деформации в расчётных сечениях, особенно в придонном участке, должны быть наложены ограничения, связанные с допустимой минимальной конусностью участков рабочей поверхности вытяжных пуансонов и условием последовательной вписываемости рабочих контуров пуансонов.

Анализ объёмной штамповки донной части гильз позволил уточнить рекомендации по расчёту исполнительных размеров штампа, направленные на получение такого профиля полуфабриката первой штамповки, чтобы деформация на второй штамповке начиналась в окрестности фланца гильзы, а затем пластическая область распространялась бы к центру. Рекомендуемая схема формообразования создаёт наиболее благоприятную структуру материала в зоне дна у фланца, так как в процессе функционирования гильзы в этой зоне возникают наибольшие напряжения.

В третьем разделе изложена усовершенствованная методика проектирования технологии изготовления современных артиллерийских гильз. Её новизной, по сравнению с существующей, является кинетический подход к проектированию технологии, позволяющий прогнозировать и формировать требуемые механические и структурные свойства материала готовых изделий.

Исходными данными для проектирования технологии являются чертёж гзделия (рис. 4), заданные техническими условиями эксплуатационные характеристики, механические и структурные свойства обрабатываемого материала, 1 также база данных, включающая информацию о типовых схемах технологи-¡еского процесса (рис. 5), допустимых нагрузках на рабочий инструмент, воз-ложных специальных конструкторских условиях.

Методика включает следующие основные этапы проектирования:

- расчёт исходной заготовки;

- расчёт степеней деформации по формоизменяющим операциям, коли-[ества операций и операционных размеров полуфабрикатов;

- оптимизация выбранной схемы технологического процесса по крите-1иальным параметрам (характеристикам механических свойств и повреждён-юсти материала готового изделия, минимальному количеству операций, обес-;ечению надёжных силовых условий работы инструмента);

а б

Рис. 3 Диаграммы изменения повреждённости материала полуфабриката при многооперационной технологии изготовления гильзы: а — в верхнем расчётном сечении, б — в сечении сопряжения г- и ^-образующих

Рис. 4. Расчётная схема изделия

Ж

-г

и

Рис. 5 Типовая схема технологического процесса изготовления

стальной цельнотянутой гильзы: а - рубка заготовки; б - вытяжка; в - высадка, отжиг; г,д,е- первая, вторая и третья вытяжки с утонением с промежуточными операциями низкотемпературного отжига (НТО); ж,з- первая и вторая объёмные штамповки донной части, НТО, отжиг дульца; и - обжим корпуса

- расчёт исполнительных размеров инструмента и технологических параметров по операциям технологического процесса.

В связи с прогнозированием свойств обрабатываемого материала в расчётных сечениях изделий при проектировании формоизменяющих операций, прежде всего вытяжных, отслеживается положение материальных сечений, то есть используется точка зрения Лагранжа на изучение кинематики деформируемого материала. Отслеживание кинематики характерных материальных сечений позволяет также рационально использовать запас пластичности деформируемого металла и его свойства в состоянии поставки.

Методика основывается на математическом моделировании применяемых операций и эффективно реализуется при компьютерном моделировании технологии.

В четвёртом разделе приводятся данные по созданию программного обеспечения для компьютерного проектирования и результаты по разработке и внедрению технологии изготовления детали "корпус" (гильзы), функционирующей при давлении рабочих газов до 720 МПа и выше.

Для оперативного и качественного проектирования технологии по разработанной методике создана расчётная компьютерная программа с использованием алгоритмического языка высокого уровня Паскаль-7.0. Компьютерная программа построена в соответствии с основными принципами структурного и объектно-ориентированного программирования и состоит го четырёх модулей и основного блока:

- модуля ввода исходных данных;

■ - модуля стандартных процедур и функций;

- модуля уникальных процедур и функций;

- модуля предварительных вычислений;

- основного блока по расчёту технологических параметров.

Компьютерная программа позволяет моделировать технологический процесс изготовления гильзы путём варьирования размеров исходной заготовки, перераспределения операционных степеней деформаций, характерных размеров полуфабрикатов при минимальном вмешательстве пользователя в ход выполнения расчётов. С использованием приведённой методики проектирования и созданной компьютерной программы разработана и внедрена многооперационная технология холодного деформирования детали "корпус" (гильзы), функционирующей при давлении рабочих газов до 720 МПа. Согласно расчётам, итоговая величина повреждённости материала готовой гильзы в контрольных сечениях не превосходит допустимого значения [ео] = 0,6 - 0,65.

По разработанной технологии были изготовлены опытные партии изделий. Проведённый экспериментальный анализ микроструктуры деформированного металла подтвердил отсутствие полостных дефектов (рис. б). Структура металла в придонном участке корпуса состоит из деформированных зёрен феррита и перлита со средним размером до 15 мкм, в зоне угла донной части — из равноосных зёрен феррита величиной (20 - 30) мкм.

Проведённые экспериментальные испытания изделий подтвердили соответствие заданных эксплуатационных характеристик техническому заданию.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В диссертационной работе приведено решение научно-технической задачи, актуальной для технологии точного машиностроения и состоящей в создании методики проектирования технологии холодного деформирования современных артиллерийских гильз, эксплуатирующихся с нагрузками до 720 МПа и выше, на основе передового технологического опыта и связанного кинетического подхода к решению задач технологии.

В процессе теоретических и экспериментальных исследований получены следующие результаты.

1. Стрельбовые испытания артиллерийских гильз (при импульсных нагрузках до 720 МПа и выше и тепловых ударах) показали, что их эксплуатационные характеристики в сильной степени зависят как от механических, так к физико-структурных свойств материала.

2. Обзор опубликованных работ по технологической механике подтвердил, что наиболее существенным, с точки зрения влияния на эксплуатационные характеристики изделий, являются параметры повреждённости их материала микродефектами деформационного происхождения. К ним, в первую очередь, надо отнести степень повреждённости порами.

3. Наиболее эффективным для изготовления глубоких корпусов с высокими эксплуатационными характеристиками являются процессы холодногс деформирования с промежуточными восстанавливающими термическим! операциями. Наиболее оптимальными технологическими возможностями пр! изготовлении глубоких корпусов специального назначения обладают процессь вытяжки. С другой стороны, жёсткая схема напряжённого состояния в процес сах вытяжки с утонением приводит к необходимости надёжного прогнозиро вания развития технологической повреждённости микродефектами в обраба тываемых изделиях.

Рис. 6. Микроструктура материала (хЗОО):

а - в месте сопряжения Я- и г- образующих; б- в углу дна

4. На базе кинетической теории повреждаемости и критерия микроразрушения проведён анализ технологических возможностей вытяжных операций глубоких корпусов. Критериальные условия повреждаемости микродефектами и, особенно, порами позволяют более обоснованно установить допустимые операционные степени деформации, составляющие основу схемы технологии. Расчёт формоизменяющих операций по критериальным условиям для допустимого уровня повреждённости [со ] = 0,6 позволяет исключить образование крупных пор и полостных дефектов, сильно снижающих эксплуатационные характеристики готовых изделий.

5. Проведённый анализ операции высадки полуфабриката вытяжки является основой расчёта рабочего инструмента, при использовании которого формируется наиболее благоприятная структура материала в донной и переходной частях полуфабрикатов.

6. Учёт нелинейности пластического разрыхления деформируемых полуфабрикатов при жёсткой схеме напряжённого состояния вносит заметную поправку в расчёт операционных степеней деформаций по сравнению с использованием линейной модели, дающей погрешность в сторону увеличения до 16 % - 24 %.

7. Накопленный технологический опыт отрасли и результаты исследования технологических возможностей формоизменяющих операций позволили разработать усовершенствованную методику проектирования технологии изготовления современных артиллерийских гильз, работающих при давлениях порядка 720 МПа и выше. Новизной методики является возможность технологического прогнозирования как механических характеристик, так и параметров повреждённости микродефектами обрабатываемых материалов.

8. Внедрение технологи! изготовления детали "корпус" показало, что созданная методика проектирования сокращает трудоёмкость разработки технологического процесса в 1,5 - 2 раза и снижает сроки в 2 - 3 раза.

9. Усовершенствованная методика проектирования положена в основу компьютерной программы моделирования технологии, позволяющей при малых временных затратах проводить моделирование параметров технологического процесса при варьируемых исходных материалах и эксплуатационных характеристиках изделий.