автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.05, диссертация на тему:Повышение интенсивности и надежности формоизменяющих операций листовой штамповки
- доктора технических наук
- Феофанова, Анна Евгеньевна
- город
- Москва
- год
- 2004
- специальность ВАК РФ
- 05.03.05
Автореферат диссертации по теме "Повышение интенсивности и надежности формоизменяющих операций листовой штамповки"
На правах рукописи
ФЕОФАНОВА АННА ЕВГЕНЬЕВНА
ПОВЫШЕНИЕ ИНТЕНСИВНОСТИ И НАДЕЖНОСТИ ФОРМОИЗМЕНЯЮЩИХ ОПЕРАЦИЙ ЛИСТОВОЙ ШТАМПОВКИ
Специальность: 05.03.05 - «Технологии и машины обработки давлением»
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук
Москва 2004
Работа выполнена в Московском Государственном технологическом университете «СТАНКИН» на кафедре «Систем пластического деформирования»
Научный консультант:
доктор технических наук, профессор
Степанский Леонард Георгиевич
Официальные оппоненты: Заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор
Овчинников Анатолий Георгиевич
Доктор технических наук, профессор
Демин
Виктор Алексеевич
Заслуженный деятель науки и техники РФ, Лауреат Госпремии России, Доктор технических наук, профессор
Яковлев
Сергей Петрович
Ведущее предприятие
АО «НИИТавтопром»
Защита состоится «19» октября 2004 г. в/^часов на заседании Диссертационного Совета Д.212.142.01 при Московском государственном технологическом университете «СТАНКИН».
Отзывы (в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения) просим направлять по адресу: 127055, г. Москва, Вадковский пер., д. За.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ «СТАНКИН» за 10 дней до защиты.
Ученый секретарь диссертационного^в^ ^!ванов~^
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы. Прогресс в машиностроении зависит от совершенствования технологии изготовления машиностроительных деталей, разработки новых способов обработки давлением, повышения интенсивности и надежности. Одним из эффективных способов изготовления деталей является листовая штамповка, широко применяемая в автомобилестроении и в других отраслях промышленности.
Листовая штамповка обеспечивает стабильное качество деталей, является ресурсосберегающей и энергосберегающей технологией. Наиболее сложными операциями листовой штамповки являются формоизменяющие операции, с помощью которых изготавливают детали кузовов автомобилей и других машин. Эти детали должны обладать высокой прочностью и малой массой. Для этого необходимо создавать новые технологические процессы. К таким процессам относятся формоизменяющие операции с предварительным деформированием исходной заготовки, которое позволяет увеличить ее площадь и экономить металл, а также увеличить прочность получаемых деталей. Предварительное деформирование позволяет также управлять анизотропией, имеющейся и изменяемой в заготовке. Однако подобные операции до сих пор недостаточно исследованы, что затрудняет их внедрение в производство.
Наиболее распространенными формоизменяющими операциями при штамповке крупногабаритных изделий из листа являются обтяжка с растяжением, вытяжка и формовка, основанные на двухосном растяжении листовых заготовок. Применение этих операций на практике требует проведения значительных временных и экономических затрат. Эффективно решить задачу изготовления деталей сложной геометрической формы с помощью данных операций можно только с использованием математической модели процесса. Поэтому необходимо исследование общей структуры модели процесса, установление критерия оптимизации процесса и способов его реализации. Особо актуальным для этих операций являются вопросы предельного формоизменения, недостаточная изученность которых сдерживает расширение применения этих операций. Это связано с отсутствием рекомендаций и методик, позволяющих выполнять эти процессы наиболее рационально.
Поэтому, тема данной работы, касающаяся повышения интенсивности и надежности формоизменяющих операций листовой штамповки на основе теоретических и экспериментальных исследований и разработки научно-
плит
1^4 I
обоснованных методик проектирования технологических процессов является актуальной.
Целью работы является повышение интенсивности и надежности формоизменяющих операций листовой штамповки за счет предварительного растяжения исходной заготовки, позволяющего снизить расход металла, увеличить прочность, управлять анизотропией и уменьшить процент брака изготавливаемых деталей.
Методы исследования базируются на использовании теории напряженно-деформированного состояния оболочек, на математической модели расчета процессов листовой штамповки, проведении теоретических и экспериментальных исследований с использованием математических методов итерации, программирования, оценки значимости факторов подбора и корреляции функции.
Научная новизна работы заключается:
- в интенсификации процессов листовой штамповки на основе предварительного растяжения заготовок с учетом предельных характеристик материала;
- в выявленных резких изменениях механических характеристик при переходе листового металла из упругого состояния в пластическое;
- в изменении прочностных и пластических свойств исходной заготовки путем предварительного растяжения;
- в оценке опасности разрушения металла и условий нарушения устойчивого пластического течения в процессах листовой штамповки на основе физического моделирования процессов пластического деформирования при различных формоизменяющих операциях и стадиях деформирования, начальных и граничных условиях, учитывающих условия ограничения пластической области деформирования, а также остаточные напряжения в упругой и пластической зонах;
- в оценке оптимального уровня отклонений основных факторов, влияющих на надежность первого перехода вытяжки цилиндрических деталей, из условия минимума затрат, включающих в себя стоимость инструмента и потери на брак;
- в прогнозировании надежности при осесимметричной обтяжке, оценивающей вероятность формовки без разрушения сферического элемента листовой заготовки номинальной глубины.
Практическая ценность диссертации заключается в:
- рекомендациях по расчетам предельного формоизменения высокопрочных материалов, обладающих исходными геометрическими несовершенствами и неоднородностью пластических свойств, в операциях листовой штамповки;
- создании ресурсосберегающих технологий, новых способов и конструкций штампов (патенты № 2164834, 2164454, 2164455) для штамповки листовых деталей повышенной прочности.
Реализация полученных результатов. Промышленная проверка, разработанных теоретических методик и математических моделей, производилась на Владимирском электромоторном заводе. Методики опубликованы в научно-технических журналах и справочниках.
Результаты работы используются в учебном процессе Ml ТУ «СТАНКИН» на кафедре «Систем пластического деформирования» при выполнении дипломных работ, а также в курсе листовой штамповки.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались на Международной научно-технической конференции «Прогрессивные технологии и оборудование кузнечно-штамповочного производства» МГТУ «МА-МИ» 2003, на семинарах кафедры СПД МГТУ «СТАНКИН», на НТС ВЭМЗ 2004.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликованы 25 печатных работ, получены авторские свидетельства и патенты.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав и выводов по работе, списка литературы и приложений. Изложена на 236 страницах машинописного текста, содержит 70 рисунков и фотографий, список литературы из 171 наименования. Общий объем работы составляет 289 страниц.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность рассматриваемой в работе научно-технической проблемы, сформулирована цель работы, основные положения, научная новизна, определена практическая ценность, приводятся данные о публикациях, структуре и объеме диссертации.
В первой главе дается анализ современного состояния исследований
формоизменяющих операций листовой штамповки. В настоящее время не существует единого метода расчета формоизменяющих операций при листовой штамповке. Степень допустимого деформирования в формоизменяющих операциях листовой штамповки ограничивается или разрушением заготовки, или потерей ею устойчивости, приводящей к недопустимому искажению формы. Оптимизация процессов листовой штамповки предусматривает обеспечение необходимых перемещений в пластически деформируемой заготовке, докритических деформаций и напряжений и получение изделия с заданным качеством, которое во многом определяется штампуемостью металла, его прочностными и пластическими характеристиками.
Штампуемость металла связана с поисками критериев оценки поведения листового металла в процессах холодной штамповки. Но схемы напряженного и деформированного состояний при различных формоизменяющих операциях различны, а, следовательно, различны и условия возникновения разрушений и соответствующие им деформации. Следовательно, один и тот же материал может хорошо штамповаться (допуская значительное формоизменение) при одной операции, а при другой будет показывать худшую штампуемость. Это затрудняет отыскание единых критериев штампуемости.
Существует много способов и методик испытаний, служащих одной цели - оценке штампуемости. Этой проблеме посвящено большое количество исследований (Аверкиев А.Ю., Романовский В.П., Шульга СА, Матвеев А.Д., Марчиняк 3., Келер СП., Гудвин Г.М., Pearce R., Титлянов А.Е., Щеглов Б.А., Меллор П., Parmar А., Елисеев В.В., Попов СП., Томилов Ф.Х., Хван Д.В., Толстов СА. и др.). Однако отсутствует единая точка зрения, каким требованиям и предпосылкам должен удовлетворять оптимальный метод испытаний для той или иной операции листовой штамповки.
Одним из основных параметров определения пригодности листового металла к формоизменению является величина его предельной деформации. В настоящее время известно несколько методов расчета предельного формоизменения заготовок в процессах пластического деформирования (Г.Закс, Марчиняк 3., Матвеев А.Д., Джонсон У., Меллор П., Hill R., Чумадин А.С, Колмогоров В.Л., Осадчий В.Я. и др.).
Формоизменение ограничивает разрушение металла, но предсказания предельного формоизменения по теории разрушения металла при развитой пластической деформации не дают удовлетворительного результата, и порой находятся в противоречии с опытом. В практике листовой штамповки рас-
пространена местная формовка жестким инструментом. Этот процесс используют также для испытаний технологических свойств листового металла. В теоретических решениях задачи о формоизменении листового металла обычно ставится задача о предельном формоизменении. Отправным материалом в этих исследованиях являлись сведения о гидроформовке мембраны. Предельное формоизменение осесимметричной мембраны под воздействием гидростатического давления в связи с явлением неустойчивости впервые рассмотрено Г.Заксом. Он принял, что мембрана имеет предельную форму, когда давление р рабочей среды достигает максимума, то есть когда выполняется условие 5р = 0. Это состояние рассматривается Г.Заксом как неустойчивое и предположительно связано с возникновением канавки на локальном участке растяжения мембраны, подобно тому, что имеет место в испытании образца на одноосное растяжение, когда равномерное его растяжение сменяется локальным с образованием шейки. Исследованием осесимметричной формовки жидкостью занимались также T.Chsu, Larsen В., H.M.Shang, F.S.Shau, William К. и другие. В качестве критерия предельного формоизменения они принимали критерий Г.Закса, или же условие разрушения металла. Исследования Г.Закса получили развитие в работах многих авторов (Д.Н.Вуу, А.Е.Титлянов, А.Д.Томленов, M.Kobayasi, J.Kurosaki, N.Kawai, Джонсон У., Меллор П., Рагтаг А., В.ТЛанкфорд, Е.Сейбел), причем предложенные им критерии потери устойчивости пластического растяжения листа и оболочек остаются неизменными и часто используются до последнего времени. Однако область применения этих критериев весьма ограничена, а деформация зависит от
Вместе с тем, имеются работы, в которых показано, что момент начала локализации не обязательно совпадает с моментом, когда упомянутая выше сила достигает максимума. Кроме того, на явление локализации растяжения могут существенно влиять условия формоизменения оболочки. Локализация может настолько опаздывать, что ее опережает разрыв металла.
Марчиняк 3. впервые дал теоретическое объяснение влиянию граничных условий на процесс развития локализации растяжения элемента тонкостенной оболочки, используя простую схематизацию. Другую схему влияния граничных условий на развитие локализации растяжения проанализировал теоретически А.Д.Матвеев. В качестве критерия, отражающего явления, приводящие к ограничению формоизменения, им принято условие местного прекращения деформации, согласно которому для определенной части формуе-
мой оболочки приращение интенсивности деформации д£ = 0 при ускоренном ее нарастании в месте локализации.
Таким образом, условие местного прекращения деформации привело к условию максимума силы на пуансоне, тогда как условие потери устойчивости растяжения и локализации деформации Г.Закса сводится либо к максимуму силы растяжения элементов оболочки, либо к максимуму нормального к элементу давления деформирующей среды.
Из анализа работ по неустойчивости двухосного растяжения плоского листа и тонкостенных оболочек и локализации деформации видно, что имеются различные критерии для определения момента возникновения неустойчивости.
Обзор литературы по предельному формоизменению включает также анализ работ по двухосному растяжению листовых заготовок жестким инструментом, упруго-эластичной средой, электромагнитной, электрогидравлической и формовке взрывом.
Проведенный анализ состояния вопроса позволил сформулировать цель работы и задачи исследования, а именно, теоретически и экспериментально исследовать влияние на возможности формоизменения заготовки технологических параметров и выявить их влияние на предельное формоизменение; разработать рекомендации по расчету параметров предельного формоизменения и оценке вероятности появления браковочного признака.
Во второй главе изложены основы физического моделирования процессов пластического деформирования металлов, позволяющие выявить физические причины основных влияющих факторов процесса.
Исследование напряженно-деформированного состояния формоизменяющих операций листовой штамповки основано на общей теории пластичности и ее раздела - теории обработки металлов давлением. Напряженно-деформированное состояние твердого тела определяется уравнениями равновесия и условиями пластичности. Рассмотрены теоретические методы, позволяющие выявить физические причины основных влияющих факторов процесса и, получить зависимости, дающие возможность оптимизировать проектирование технологических процессов, совершенствовать сами технологические процессы и способствовать созданию новых процессов.
Рассмотрены примеры использования системы уравнений пластического равновесия для анализа напряженно-деформированного состояния металла
и оценки опасности разрушения металла и условий нарушения устойчивого пластического течения в процессах листовой штамповки.
В третьей главе на основе разработанной математической модели исследовано напряженно-деформированное состояние листовых заготовок при различных формоизменяющих операциях листовой штамповки.
Напряженно-деформированного состояния листовых заготовок при местной формовке
На рис. 1 представлена схема нагружения листовой заготовки при местной формовке. Проведена оценка распределения напряжений и деформаций в листовых заготовках при местной формовке круглоцилиндрических
Рис. 1. Схема нагружения листовой заготовки при местной формовке
элементов, на основе которых построен вид эпюр упругих напряжений. В соответствии со вторым экстремальным принципом в системе уравнений пластического равновесия эти зависимости дают нижнюю оценку действительного напряженного состояния пластины с отверстием. Также произведен расчет напряжений в пластической зоне. Предложено условие ограничения
размеров пластической области: (сг)Й1 < + П • Напряжение те-
кучести материала на кромке отверстия определяется правой частью равенства при интенсивности накопленных деформаций, оцениваемых выраже-иием для г = а\- Во избежание чрезмерного утонения кромки отверстия пластины радиальное напряжение не должно достигать величины
Произведена оценка остаточных напряжений:
где ог и Стф - напряжения в заготовке при ее нагружении; (стл)р и (оф)
/р X ^'р
разгружающие напряжения, равные радиальным и окружным напряжениям, которые возникают в тех же цилиндрических сечениях заготовки при упругом деформировании пластины, нагруженной по краю отверстия равномерно распределенным давлением. Построены зависимости распределение деформирующих, разгружающих и остаточных напряжений в кольцевой области пластины из неупрочняющегося материала, при местной, формовке осесимметричного элемента.
В результате можно произвести оценку распределение толщины пла-
стины в пластической зоне зависимостью:
Напряженно-деформированное состояние листовых заготовок при совмещении формовки элементов с их одноосным растяжением
Одним из эффективных формообразующих процессов листовой штамповки является процесс формовки элементов жесткости в листовых изделиях, совмещенных с их одноосным или двухосным растяжением. Выбор оптимальных технологических условий этого процесса связан с оценкой напряженного состояния материала в пластическом состоянии вблизи формуемого элемента.
> ь
Рис. 2. Расчетная схема формовки цилиндрического элемента в пластине
Для расчета напряжений использован метод минимизации ошибки при выполнении, условия пластичности напряжениями, которые тождественно удовлетворяют дифференциальным уравнениям равновесия и статическим граничным условиям. Напряженное состояние пластины является плоским. По контуру формуемого элемента в пластине г = а действует равномерная радиальная растягивающая нагрузка р (рис. 2). По краю пластины на существенном удалении от внешнего кольца, соосного с формуемым элементом и вписанным в пластину, действует равномерная растягивающая нагрузка q.
Для оценки предельной глубины формуемого элемента приняты следующие предположения. Величина р не должна превышать предельно допустимой величины [р ], равной напряжению текучести материала в соответствии с кривой упрочнения Губкина СИ. в области допустимого утонения стенки на внешней кромке формуемого элемента. Глубина формуемого цилиндрического элемента h равна ширине кольцевой пластической области h = c-a. Среднее значение напряжения текучести материала заготовки в
кольцевой пластической области равно: и
- предел прочности материала заготовки и ее относительное равномерное сужение. Оптимальная нагрузка, растягивающая листовую заготовку, равна ^ = —у где к - коэффициент запаса. Учет выражений приводит к
оценке предельной глубины цилиндрического элемента h, формуемого при одноосном растяжении листовой заготовки:
где ¿о - начальная толщина листовой заготовки, 5 - минимально допустимая толщина листовой заготовки.
Глава заканчивается примером оценки предельной глубины цилиндрического элемента при совмещении формовки с одноосным растяжением листовой заготовки.
Напряженно-деформированное состояние круглых листовых заготовок
при изгибе
Установим распределение напряжений и деформаций в круглых листовых заготовках при осесимметричном изгибе (рис. 3). Подобное напряженно-деформированное состояние возникает в изгибаемых элементах листовых заготовок при вытяжке и формовке осесимметричных изделий.
Рис. 3. Изгиб круглых листовых заготовок:
а) оценка кривизны срединной поверхности;
б) эпюры напряжений
Из допущения о сохранении неискаженными плоских сечений заготовки, первоначально перпендикулярных ее срединной поверхности, следует, что распределение скоростей деформаций в этих сечениях подобно распределению относительных деформаций в упруго-изгибаемом брусе и определяется равенствами:
где - скорость деформации в направлении касательных к следу срединной поверхности заготовки в осевом сечении заготовки; - скорость окружной
деформации; - радиус кривизны срединной поверхности заготовки в осевом сечении заготовки; - радиус кривизны срединной поверхности заготовки в ее сечении поверхностью конуса, ось которого совпадает с осью заготовки, а образующие ортогональны срединной поверхности; 5 - расстояние точки рассматриваемого сечения от срединной поверхности; если движение от срединной поверхности происходит в сторону увеличения радиусов кривизны , следует принимать в равенствах 5 > О, и наоборот.
Распределение напряжений аг и (Тф на боковых гранях элемента заготовки не зависит от расстояния 5 до срединной поверхности. Это приводит к следующим зависимостям для погонных (на единицу длины граней элемента)
Л/2 2/ Л/2
изгибающих моментов:
-А/2 -А/2
Изгиб кольцевой заготовки с жесткой заделкой внешнего края
а) б)
Рис. 4. Схемы изгиба кольцевых листовых заготовок
В соответствии со схемой изгиба заготовок на рис. 4 определены изгибающие моменты для погонной нагрузки.
Для оценки геометрии срединной поверхности изгибаемой заготовки примем, что радиусы кривизны срединной поверхности заготовки и
_ 1
Я2 (рис. 4, а) приближенно определяются зависимостями: «1 я—5 5"»
8 г/сг
. Это приводит к упрощенной оценке формы срединной по-
верхности заготовки:
Оценкарастягивающихнапряжений в вытягиваемой цилиндрической заготовке, вызванныхее изгибом
Рис. 5. Схема изгиба стенки заготовки при вытяжке без утонения Примем:
- средние растягивающие напряжения стр, возникающие в стенке вытягиваемой без утонения цилиндрической заготовки при изгибе стенки по кромке матрицы и пуансона (рис. 5), равны:
Стр и Р/(2тсай),
где Р - величина силы изгиба; h - толщина заготовки; а - радиус того сечения изгибаемой по схеме на (рис. 4, б) заготовки, в котором изгибающий момент равен нулю;
напряжение текучести в зависимости для момента определяется данными об упрочнении материала заготовки для среднеинтегральной интенсивности накопленныхдеформаций.
В результате получим:
Стр »0,5стЛ/г/(гл + гм);
(е1)с^0,5к/(гП+гм\
Напряженно-деформированное состояние при вытяжке
При вытяжке деталей коробчатой формы возникает сложное напряженно-деформированное состояние, анализ которого может позволить оптимизировать технологический процесс, повысить его надежность и исключить появление дефектов в виде разрывов в углах детали.
Оценим распределение напряжений и деформаций в листовых заготовках при вытяжке коробчатых деталей с вертикальными стенками (рис. 6) используя метод приближенных одномерных уравнений пластического равновесия и интегральных аналогов статической допустимости разрывов напряжений.
Рис. 6. Схема деформирования заготовки при вытяжке коробчатой детали
Область заготовки на торцевой поверхности матрицы может быть разделена:
1. на секторные пластические зоны, внутренняя граница которых г = а соответствует радиусному участку контура стенок детали, а внешняя граница г = Ь касается внешнего края заготовки;
2. на трапецеидальные жесткие или пластические зоны, включающие прямолинейные участки контура стенок деталей;
3. на внешние жесткие зоны, включающие свободный край заготовки. Если трапецеидальные зоны являются жесткими, вдоль их плоских
границ с секторными зонами действуют максимальные касательные напряжения, которые направлены в секторных зонах к матричному очку, а в жестких зонах - к внешнему контуру заготовки. Эти максимальные касательные
напряжения равны aí0 /л/3, поскольку в области плоских границ можно пренебречь интенсивностью накопленных деформаций e¡.
Жесткие зоны между пластическими секторными зонами статически допустимы, если выполняется неравенство:
где b\, Щ и Ь, а - радиусы внешней и внутренней цилиндрических границ
двух секторных зон, примыкающих к трапецеидальной зоне; L - расстояние между плоскими границами трапецеидальной зоны; - средняя толщина заготовки в жесткой зоне.
Левая часть неравенства определяет суммарную силу, создаваемую максимальными касательными напряжениями по плоским сторонам трапецеидальной зоны, а правая часть неравенства определяет силу, вызывающую переход трапецеидальной зоны в состояние одноосного пластического растяжения при условии пластичности и пренебрежимо малой величине интенсивности накопленных деформаций et.
В результате оценки изменения толщины заготовки в секторной зоне, соответствующие распределению напряжений без учета упрочнения материала, влияния сил контактного трения и инерционных усилий, получим:
h = ho(b/rf[l-0,5H,ln(b/r)ffe1
где
В случае вытяжки круглоцилиндрических деталей неравенство не выполняется и в уравнении следует полагать
В четвертой главе разработана методика и проведены экспериментальные исследования предварительного растяжения на предельное формоизменение при листовой штамповке. Получены технологические зависимости необходимые для создания новых технологических процессов.
Программа проведения экспериментов по определению влияния предварительного растяжения на напряженно-деформированное состояние процесса предельного формоизменения при листовой штамповке включала проведение базовых экспериментов для проверки теоретических закономерностей и гипотез, для уточнения методики исследований, для определения необходимого количества опытов при проведении каждого эксперимента. Для исследования напряженно-деформированного состояния процесса, а также
влияния различных факторов на штампуемость листового металла были использованы теоретические закономерности, согласно которым был произведен выбор материалов, размеры образцов и условия проведения эксперимента.
Основные задачи экспериментальных исследований:
1. Установить статистические закономерности для определения изменения исходных прочностных и пластичных свойств характерных листовых материалов,- применяемых в формоизменяющих операциях листовой штамповки.
2. Установить закономерность изменения предельных пластических деформаций в формоизменяющих операциях листовой штамповки с изменением предварительной пластической деформации материалов в условиях одноосного растяжения.
Исходные материалы.
Выбраны следующие материалы для исследования:
1. Сталь конструкционная углеродистая качественная 08КП ГОСТ 1050-74:
2. Сталь коррозионностойкая аустенитного класса 12Х18Н9Т ГОСТ 5632-72
Основанием к выбору материалов послужило следующее:
1. Значительное практическое использование этих материалов в автомобильной и других отраслях промышленности при изготовлении различных деталей методом листовой штамповки, а также необходимостью в настоящее время все большего применения листовых металлов повышенной прочности, позволяющих снизить толщину, в частности, автокузовных деталей и массу кузова в целом. Однако поведение этих материалов при переходе из упругого состояния в пластическое исследовано мало. Это затрудняет получение деталей с повышенной прочностью и сдерживает их более эффективное применение. Поэтому, в экспериментальных исследованиях должны быть смоделированы процессы локализации деформации для получения листового металла повышенной прочности.
2. Их различие по механическим свойствам послужило для сравнительной оценки результатов экспериментов.
Экспериментальные исследования проводили в 3 этапа:
1. Определение прочностных и пластических свойств листового металла, характеризующие его способность к формоизменению.
2. Предварительное растяжение листовой заготовки, с целью искусственного увеличения площади ее поверхности и изменения вида напряженного состояния.
3. Исследование влияния предварительного растяжения на предельное формоизменение, связанное с локализацией деформации (влияние упрочнения на штампуемость листового металла).
В экспериментах использованы: листовая сталь марки 08КП толщиной от 0,5 мм до 1 мм и сталь марки 12Х18Н9Т толщиной 0,3 мм.
Для определения исходных механических характеристик использовались образцы, вырезанные из холоднокатаных листов в трех направлениях: в направлении прокатки, под углами 90° и 45° к направлению прокатки. Испытания на одноосное растяжение проводили по стандарту ISO 6892-84 для получения характеристик сопротивления пластическому деформированию и построения кривой течения в координатах (где - истинное напря-
жение; е - логарифмическая пластическая деформация). По данным результатов измерений и вычислений построены графики где деформации
s h b s
вычисляли по формулам:
s0 ¿0 bs
Затем экспериментальные кривые аппроксимировали уравнением а = Ае",
где А, и, - параметры аппроксимации, определяемые по формулам
п = —А - —, а также определялся и показатель анизотропии Л.
AiífcL е;
По результатам измерений и вычислений построены графики зависимостей п(е,), R(st), A(s¡). На рис. 7-9 приведены примеры распределения зависимостей п(е,), R(£,)> А(е,) для стали 08 КП.
Анализ данных позволяет сделать следующий вывод: - при растяжении, по мере увеличения величина коэффициента анизотропии R, также как и параметры пи А могут изменять свои значения, т.е.
- при малых значениях деформаций, т.е. на границе перехода материала из упругого состояния в пластическое, параметры аппроксимации кривой упрочнения Л и л, а также коэффициент анизотропии Л, имеют резкий
Материал: Сталь конструкционная углеродистая качественная 08 КП ГОСТ 1050-74 толщиной от 0,5мм до 1,5 мм
Рис. 7. График зависимости коэффициента деформационного упрочнения п от деформации Б/
Материал: Сталь конструкционная углеродистая качественная 08 КП ГОСТ 1050-74 толщиной от 0,5мм до 1,5 мм
о
Рис. 8. График зависимости коэффициента неравномерности пластической деформации А от деформации В/
Материал: Сталь конструкционная углеродистая качественная 08 КП ГОСТ 1050-74 толщиной от 0,5мм до 1,5 мм
направления прокатки
Образцы вырезаны под углом 90° к направлению прокатки
0 0,1 0.2 0,3
Образцы вырезаны под углом 45° к направлению прокатки
Рис. 9. График зависимости коэффициента анизотропии Я от деформации 8/
скачок значений, а затем становятся почти постоянными. Этот факт потребовал дальнейшего изучения поведения листового материала при его предварительном растяжении в пределах малых деформаций.
Предварительное упрочнение листовых заготовок производили путем растяжения заготовок на специально сконструированном приспособлении. Образцы, предназначенные для этих опытов, представляли квадратные пластины (рис. 10), вырезанные вдоль оси прокатки и под углами 90° и 45° к оси прокатки. На каждом образце отмечали направление прокатки листа и расположение на листе по схеме его раскроя. Образцы жестко зажимались в прижимах с помощью рифтов, с тем, чтобы металл, расположенный вне рабочей зоны не подвергался формоизменению. Такие условия хорошо моделируют процесс одноосного растяжения. Деформированное состояние определялось с помощью координатных сеток, нанесенных на заготовки фотохимическим способом. Деформации вычислялись по формулам:
° > 1 В2 / . ,
ъ,=1п- , „
А> Д0
где диаметр исходной ячейки,
- диаметр ячейки, расположенной вдоль направления растяжения,
- диаметр ячейки, расположенной поперек к направлению растяжения.
Рис. 10. Экспериментальные образцы после предварительного растяжения
Каждую партию образцов растягивали до определенных значений деформаций е1, в пределах от 0 до 0,15.
Для выявления закономерности влияния упрочнения на штампуемость листового металла каждую пластину подвергали формоизменению до достижения предельной степени деформации с помощью пуансона со сферической поверхностью и кольцевой матрицей (рис. 11).
Рис. 11. Схема испытательного блока
Испытания предварительно деформированных заготовок проводили в условиях двухосного растяжения на модернизированном приборе для испытаний листовых материалов МТЛ-10Г-1, предназначенного для испытания образцов на выдавливание лунки по ГОСТ-10510-74. Образцы жестко зажимались на матрице с помощью рифта, с тем, чтобы металл, расположенный за контуром проема, не втягивался в матрицу. Такие условия формоизменения хорошо моделируют условия, при которых на относительно большой заготовке штампуют углубления, расположенные достаточно далеко от контура
заготовки. Причем, соотношение = 0,741; то есть такое же, как в тех-
нологической пробе по Эриксену.
Исследовали процесс осесимметричной формовки для получения тонкостенной оболочки при зажатом контуре. Для рассматриваемого процесса формоизменения характерна зависимость искомых функций от нескольких переменных: времени, которое соответствует глубине захода пуансона в полость матрицы, и координаты, расположенной вдоль сечения детали. Задача по определению неизвестных параметров (напряжений, деформаций, глубины формоизменения и т.д.) сводилась к решению системы уравнений равно-
весия, соотношения между компонентами тензора напряжений и условий несжимаемости.
При проведении экспериментов учитывали исходные свойства листового металла, величину и направление сил трения, форму и размеры рабочего инструмента. Установили начальные и граничные условия расчета. Определили критерий сравнения теоретических и экспериментальных результатов и окончания счета. При выборе инструмента для штамповки оболочек сферической формы возникает вопрос о геометрических параметрах, обеспечивающих наибольшую относительную предельную глубину.
Значения параметров предельного формоизменения определяют когда появляется признак начала локализации. Установлено, что эти значения меньше соответствующих значений к моменту разрыва металла на (1-3)%. Экспериментально установлено: что с увеличением толщины листа, при прочих равных условиях, предельная глубина формовки увеличивается; чем меньше коэффициент анизотропии Я, тем меньше оптимальный коэффициент трения и увеличение показателя степени кривой упрочнения, в зоне малых деформаций, также ведет к увеличению предельной глубины. Штампуемость металла увеличивается с ростом показателя степени кривой упрочнения при определенных степенях деформаций.
На основе проведенных исследований построены графики зависимости предельной глубины формовки от предварительного растяжения листовой заготовки (рис. 12). Обнаружено существенное влияние предварительной деформации на пластичность листового металла, а также влияние предварительной деформации по направлению прокатки материала.
Результаты численного решения и экспериментальной проверки необходимы для оценки возможностей определения технологических параметров в практических расчетах. Параметры предельной формовки ограничены локализацией деформации и разрывом, на которые существенно влияют пластические характеристики листового металла, геометрия рабочего инструмента и силы трения. Теоретические исследования предельной формовки не дают удовлетворительных результатов и даже иногда находятся в противоречии с экспериментальными данными. Наиболее достоверное объяснение явлений, происходящих в процессах формоизменения с растяжением дают исследования, основанные на математической теории пластического течения. Задачи осесимметричного формоизменения оболочек, являются сложными нестационарными контактными задачами теории пластичности. В большин-
стве случаев их решение возможно лишь на основе применения численных методов, одним из которых является метод конечных элементов.
Метод конечных элементов (МКЭ) заключается в том, что реальная конструкция заменяется структурной моделью, состоящей из простейших элементов с известными упругими свойствами. Исходя из того, что упругие свойства отдельных элементов известны, можно определить свойства всей системы в целом (деформации, отдельные силы, моменты и напряжения) при определенных нагрузках.
При рассмотрении процесса формоизменения оболочки можно также предположить, что напряженное состояние плоское и в каждом элементе модели действуют напряжения в меридиональном и окружном направлениях. Выражения для напряжений можно получить на основе теории течения Р.Хилла для трансверсально изотропного листового материала с изотропным упрочнением.
Решая общую систему разрешающих уравнений дискретной модели определяются узловые перемещения Аи*,« АЧ^ на данном временном интервале и в каждый следующий момент нагружения. После нахождения узловых перемещений на данном временном интервале вычисляются при-
ращения деформаций, напряжения, силы и другие параметры, используемые при анализе технологических процессов.- Затем производится пересчет накопленных деформаций, толщин и новых координат узлов и происходит переход к следующему временному шагу.
Описанный алгоритм лежит в основе автоматизированной системы конечно-элементного моделирования 8ЕБЯ 2000, которая позволяет проводить расчет одно- и многооперационных процессов листовой штамповки для произвольного количества инструментов с произвольной формой образующей.
По результатам расчетов МКЭ построены графики зависимостей деформаций и напряжений (окружных, меридиональных и по толщине) от номера элемента. С помощью программы также можно просмотреть форму образующей вытянутой детали и изменение толщины заготовки вдоль образующей.
При решении задачи варьировали изменение величины предварительной деформации в заготовке, а также параметров коэффициента деформационного упрочнения п, коэффициента неравномерности пластической деформации А и коэффициента анизотропии Я в различных направлениях от пред-
варительного растяжения. На рис. 13-16 приведены примеры некоторых зависимостей.
Рис.12. Зависимость глубины формовки от предварительного растяжения в различных направлениях
Рис. 13. Форма образующей вытянутой детали в зависимости от предварительного растяжения
Обработка результатов МКЭ показала:
1. Предельная глубина вытягиваемого элемента при двухосном растяжении образца (рис.13), независимо от материала заготовки уменьшается с увеличением степени предварительной деформации;
2. Толщина заготовки уменьшается в зоне перехода из внеконтактной части к контакту заготовки с пуансоном, причем наибольшее утонение происходит в зоне локализации деформации (20-30 элемент). Зависимость распределения толщины заготовки по элементам (рис. 14) соответствует зависимостям распределения деформаций (рис. 17) от предварительного растяжения;
3. Для стали 08 КП - кольцевые деформации при предварительном растяжении принимают отрицательные значения в области контакта заготовки с матрицей. В этой же зоне происходит скачок меридиональных напряжений и резкое скачкообразное падение кольцевых напряжений (рис. 17), что указывает на локализацию очага деформации в этой зоне;
4. Для стали 12Х18Н9Т ГОСТ 5632-72 распределение деформаций, напряжений и изменение толщины заготовки имеют две зоны локализации деформации - в зоне перехода из внеконтактной к контактной зонам и около полюса заготовки.
Рис. 15. Распределение кольцевых напряжений в вытянутой детали от предварительного растяжения
Вариант 1. Материал: Сталь 08КП ГОСТ 1050-74, толокна 0,68мм; предварительное растяжение вдоль направления прокатки,
Рис. 16. Распределение меридиональных напряжений в вытянутой детали от предварительного растяжения
На основе проведенных результатов установлено:
1. Распределение толщины. заготовки по ее образующей. для стали 08КП (рис. 14) определенное по МКЭ соответствует экспериментальным значениям, а для стали 12Х18Н9Т находится в некотором противоречии;
2. Распределение предельной глубины по МКЭ в зависимости от предварительного растяжения расходятся с экспериментальными значениями (рис. 12, В), поскольку в программе не предусмотрены изменения механических характеристик по ходу нагружения;
3. Распределение меридиональных и окружных напряжений по МКЭ в зависимости от предварительного растяжения (рис. 15, 16) имеют разброс значений, в основном не соответствующих опытным данным для определенных значений предварительной деформации;
4. На основе обработки экспериментальных данных обнаружено существенное влияние предварительной деформации на прочностные и пластические свойства листового металла;
5. При испытаниях листового металла на одноосное растяжение имеет место резкое изменение механических характеристик в зоне перехода метал-
ла из упругого состояния в пластическое (рис. 7-9), что требует дальнейшего исследования поведения металла в этой области;
6. С помощью стандартных испытаний по определению механических характеристик листового металла и дальнейшего использования МКЭ по определению параметров штампуемости металла при двухосном растяжении, можно установить необходимые механические характеристики листового металла для получения деталей заданного качества;
Вариант 1. Материал: Сталь 08КП ГОСТ 1050-74, толщина 0,68мм; предварительное растяжение вдоль ^ направления прокатки, п=сопз1, А=сопз1, Р=сопз1. 1
Рис. 17. Зависимость распределения кольцевых, меридиональных и деформаций по толщине вдоль образующей заготовки
В пятой главе на основе проведенных опытов дана оценка надежности формоизменяющих операций листовой штамповки и результаты промышленного внедрения в производство. За критерий оптимизации процесса формоизменения; при изготовлении детали заданной геометрической формы, принято условие отсутствие признаков брака деформационного характера.
Оценка надежности первого перехода вытяжки цилиндрических деталей
Одним из наиболее распространенных методов изготовления изделий разнообразной конфигурации является процесс вытяжки деталей из листовых заготовок. При исследовании процесса вытяжки необходимо установление критерия оптимизации данного процесса и способов его реализации. Таким-образом, при разработке процессов вытяжки цилиндрических деталей обеспечение надежности технологического процесса связано, в первую очередь, с предотвращением разрушения заготовок в наиболее критичной к этому отказу области заготовки, противолежащей кромке пуансона. Предотвращение такого разрушения на первом переходе вытяжки достигают, если выполняется условие:
где - средняя по пластической зоне фланца заготовки величина напряжения текучести материала заготовки с учетом его упрочнения и анизотропии; Ц - средняя величина коэффициента трения; Од - предел прочности материала заготовки в испытаниях на растяжение; Б - диаметр плоской заготовки, й - внутренний диаметр вытягиваемого изделия, сила прижима фланца, 5 -толщина заготовки, - радиус кромки матричного очка, - радиус кромки пуансона; - равномерное относительное сужение материала заготовки.
Левая часть неравенства оценивает, растягивающие напряжения в области стенки заготовки, противолежащей кромке пуансона, а правая часть неравенства оценивает предельно допустимые растягивающие напряжения в материале при испытаниях на растяжение, превышение которых ведет к локализации пластической деформации и разрушению.
При разработке технологического процесса вытяжки учет условия осуществляют выбором минимально допустимого коэффициента вытяжки
т = d/D, устанавливаемого экспериментально. В соответствии с экспериментальными данными, основными, факторами, влияющими на минимально допустимый уровень коэффициента т при оптимальном уровне средних давлений прижима фланца являются отношение толщины материала к диаметру заготовки (s/D) и средний коэффициент анизотропии Rc. Характерный диапазон значений коэффициентов т приведен в таблице.
Коэффициенты вытяжки первого перехода - т в зависимости от s/D.
Значения т в даны для сталей 08,10,15 и латуней Л63, Л96.
D
Ртах
Рис. 18. Схема оценки фактического минимального коэффициента вытяжки
Так как коэффициент вытяжки должен быть больше предельного, принимаем за аналог вышеприведенного условия неравенство:
где - фактическое отношение радиу-
са кривизны пуансона рр к максимальному расстоянию от оси пуансона до внешнего контура заготовки ртах \ ^ - диаметр пуансона, D- диаметр зато-
товки, х - расстояние от края плоской заготовки, фиксируемого упорами, до цилиндрической стенки матричного. очка, 5- толщина заготовки, 5- зазор между пуансоном и внутренней стенкой заготовки.
Величины тф и т представляют случайные величины. Полагаем, что в условиях устойчивого технологического процесса величины т и тф распределены по нормальному закону распределения и принимаем за оценку вероятности первого перехода вытяжки круглоцилиндрических изделий без разрушения, заготовки вероятность выполнения, равную
и 2
Р6 = 0,5+Ф(и), где Ф(и) = /е-0-5"
ди
= - нормированная функция Лап-
ласа от аргумента и, равного и =
4
мФ — т
Примем, что оптимальные конструкторско-технологические решения, обеспечивающие надежность первого перехода вытяжки, могут быть установлены из условия минимума суммарных затрат 2 на возможный брак и на снижение возможных отклонений основных факторов, которые оценивают
равенством: ,
где затраты, связанные с выпуском одного бракованного изделия, 77-программа выпуска изделий, - среднее значение и среднеквадра-
тичное отклонение к -ого фактора, влияющего на величины т и тф; затраты на обеспечение единичного отношения х^/а^', К- общее число основных факторов: К-1.
Откуда следует оценка оптимального уровня среднеквадратичных отклонений основных факторов, влияющих на надежность первого перехода вытяжки:
2к
Приведено оптимальное конструкторско-технологическое решение задачи вытяжки цилиндрических деталей, дающее оценку оптимального уровня отклонений основных факторов, влияющих на надежность первого перехода вытяжки. Найдены условия, оптимизирующие уровень надежности первого перехода вытяжки цилиндрических деталей, для эффективного решения задачи при изготовлении данным методом.
Оценка надежности формовки сферических элементов в листовых заготовках без разрушения
Основываясь на имеющихся теоретических и экспериментальных данных для осесимметричной формовки тонколистового металла (So=0,3... 1,5мм) предельную глубину формовки определяли исходя из зависимости йпр = АПр(Рп)> где в качестве параметров предельного формоизменения принята глубина оболочки и угол наклона касательной к образующей в точке на границе части оболочки, контактирующей со сферическим пуансоном (рис. 19), а относительную глубину (АПР/гм) рассматривали как функцию отношения гп/гм и угла Рп . То есть предельной глубине в момент местного прекращения деформации соответствует предельный угол.
|Р
Рис. 19. Схема формовки Предельная глубина Ииг формуемого без разрушения элемента может быть определена путем машинного эксперимента следующим уравнением линейной регрессии
К? /'гм = <*0 + а1рп + Р<*2 (гп / гм )
где - радиус кромки формуемого элемента, равный радиусу матричного шва; - радиус сферического пуансона; - предельный угол охвата заготовкой пуансона в град.; ад, с^, а2- коэффициенты регрессии,
а0 = -0,521, а! = 0,0167, а2 = 0,304
Численные исследования процесса формовки и экспериментальные данные показали, что при одном и том же значении угла и прочих равных условиях, значение относительной толщины зависит от пластических
свойств металла, в частности от показателя степени кривой упрочнения п и показателя анизотропии Л, а также от коэффициента трения /л.
В соответствии с результатами экспериментов величина угла Рп, связана с п, ¡ля Л следующим уравнением линейной регрессии:
рп=50+180лц(2-Л) Вероятность Р штамповки сферического элемента номинальной глубиной А с полем допуска ДА без разрушения заготовки равна:
Р = 0,5+Ф(у),
где Ф(у) - нормированная функция Лапласа от аргумента V;
У = а).
Ьтах - максимальная глубина сферического элемента; Итах, А и
- соответственно среднее значения и среднеквадратические отклонения величин Итах и А .
^Итах ~ среднеквадратичные отклонения величины Ьтах: = ДА/6;
$Итах = рктах/дп?82п + (дктах + (дктах
где 5'л, - среднеквадратичные отклонения величин п,/л и Я:
а Дп, А/л, АЛ - возможные диапазоны изменения величин п, /л и Л, а величины дктах / оп, дЪтах / Эц, дИтах / 8Я определены для средних значений величин п,/л и Л.
В результате 5йтш; = ИО^^й2?2^ + п2{2-Я?$ +р2(2-л)2^,
Ках =«0',м +180а1гмйр(2-й)+50а1гм +а2гп. где п, р, Л - средние значения п, ¡ли К.
На основании выше изложенного можно оценить вероятность формовки без разрушения сферического элемента листовой заготовки номинальной глубины.
Внедрение результатов исследований в производство
Результаты теоретических и экспериментальных исследований формоизменяющих операций листовой штамповки позволили получить соотношения для расчета оптимальной технологии вытяжки детали, которые были за-
вершены разработкой нового технологического процесса изготовления детали кожуха электродвигателя АИР 180 (деталь ВАКИ.725.622.001), представленной на рис.20.
Технико-экономическая эффективность нового технологического процесса, связанная с сокращением трудоемкости изготовления детали и уменьшения металлоемкости (устранение операции обрезки фланца, за счет новой формы раскроя заготовки на основе исследований механических характеристик материала заготовки), позволила провести комплекс работ по разработке оснастки для внедрения в 2004г. технологии в производство на Владимирском электромоторном заводе.
1. На основании анализа современного состояния формоизменяющих операций листовой штамповки установлено следующее:
- отсутствует единый метод расчета формоизменяющих операций листовой штамповки, поскольку в ходе этих операций листовая заготовка подвергается неоднородному деформированию;
- нет единого критерия оценки штампуемости листовой стали, что затрудняет с достаточной достоверностью судить о возможном поведении металла во всех формоизменяющих операциях листовой штамповки.
Для решения этих задач определены наиболее перспективные направления развития формоизменяющих операций листовой штамповки на
Рис.20. Кожух электродвигателя АИР 180
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
основе предварительного деформирования исходной заготовки, позволяющих получать детали с заданными прочностными характеристиками и снизить расход металла.
2. Проведенные теоретические исследования оценки опасности разрушения металла и условий нарушения устойчивого пластического течения в процессах листовой штамповки на основе физического моделирования процессов пластического деформирования при различных формоизменяющих операциях и стадиях деформирования, начальных и граничных условиях позволили:
- разработать теоретический метод расчета напряженно-деформированного состояния листовых заготовок при местной формовке и установить оптимальные технологические параметры процесса;
- разработать теоретический метод расчета напряженно-деформированного состояния листовых заготовок при совмещении формовки элементов с их одноосным растяжением, приводящий к оценке предельной глубины формуемого цилиндрического элемента;
- разработать теоретический метод расчета процесса изгиба круглой листовой заготовки, устанавливающий поля напряжений и деформаций; получить уравнения для изгибающих моментов на свободном крае заготовки, а также в цилиндрическом сечении заготовки с жесткой заделкой и проанализировать процесс изгиба и оценить растягивающие напряжения, вызванные изгибом заготовки при вытяжке без утонения и оценить форму срединной поверхности заготовки;
- разработать теоретический метод расчета процесса вытяжки деталей коробчатой формы из листовой заготовки, позволивший установить поле напряжений и деформаций и оценить растягивающие напряжения в сечении формируемой стенки детали во избежание чрезмерного ее утонения или разрушения, а также определить распределение средней по цилиндрическому сечению зоны толщины заготовки.
3. Проведенные экспериментальные исследования по определению механических характеристик листового металла позволили разработать методику для получения деталей заданного качества:
- необходимую жесткость детали из менее прочной и тонкой стали, можно достигнуть за счет более высокого деформационного упрочнения в процессе пластического формоизменения, которое характеризуется показателем деформационного упрочнения, получаемого путем предварительного растяжения заготовки;
- для повышения прочностных свойств металла в деталях, необходимо использовать особенности характера пластического течения металла на границе перехода металла из упругого состояния в пластическое, заключающиеся в том, что при малых деформациях (е^ < 0,01), возникает резкое изменение механических характеристик;
- предварительная деформация в зависимости от направления прокатки материала на пластичность металла оказывает различное влияние;
- построенные графики зависимостей n(et), R(st), А(е,) можно использовать для определения величины предварительной деформации металла для получения деталей заданного качества;
- использование численных методов возможно только при создании библиотеки данных, основанных на экспериментальных исследованиях различных механических характеристик и их изменениях по ходу нагружения, для заданного листового металла.
4. Разработанная научно-обоснованная методика и технические рекомендации для проектирования новых технологических процессов формоизменяющих операций листовой штамповки, позволяют повысить их интенсификацию и надежность:
- разработанная методика конструкторско-технологического решения задачи вытяжки цилиндрических деталей, дает оценку оптимального уровня отклонений основных факторов, влияющих на надежность первого перехода вытяжки;
- найденные условия, позволяют оптимизировать уровень надежности первого перехода вытяжки цилиндрических деталей, для эффективного решения задачи при изготовлении деталей из листовой заготовки данным методом;
- выведенная формула, для оценки оптимального уровня отклонений основных факторов, влияющих на надежность первого перехода вытяжки цилиндрических деталей, исходя из условия минимума затрат, включающих в себя стоимость инструмента и потери на брак, позволяет определить оптимальные величины допусков на размеры инструмента и заготовки, а также оптимальной анизотропии свойств заготовки, при которых затраты и потери от брака будут наименьшими;
- разработанная математическая модель технологических отказов, связанная с разрушением материала, позволяет выполнить оценку появления и предотвращения этого отказа при осесимметричной обтяжке;
- разработанная методика прогнозирования надежности при осесим-метричной обтяжке, позволяет оценить вероятность формовки без разрушения сферического элемента листовой заготовки номинальной глубины.
5. Разработанные новые технологические процессы и оснастка, обеспечивающие изготовление детали сложной геометрической формы с заданными прочностными параметрами, позволили произвести комплекс работ по внедрению.
Предложенные технические решения защищены патентами Российской Федерации.
Основные результаты диссертации отражены в следующих публикациях:
1. Феофанова А.Е. Экспериментальные исследования предельного формоизменения при листовой штамповке. // "Заготовительные производства в машиностроении" - 2004. - № 6. - с. 19-22.
2. Феофанова А.Е. Анализ напряженно-деформированного состояния круглых листовых заготовок при изгибе.// «Вестник машиностроения» -2003. - № 2. - с. 66-70.
3. Феофанова А.Е. Оценка надежности первого перехода вытяжки полых цилиндрических деталей. //«Кузнечно-штамповочное производство» -2002. - № 9. - с. 9-12.
4. Феофанова А.Е. Напряженное состояние листовых заготовок при совмещении формовки элементов с их одноосным растяжением.// «Вестник машиностроения» - 2002. - № 5. - с. 67-69.
5. Феофанова А.Е. Прогнозирование надежности при осесиммет-ричной формовке. //«Кузнечно-штамповочное производство» - 2000. - № 4. -с. 12-13.
6. Феофанова А.Е. Пластическое состояние пластины, имеющей круглое отверстие.//Вестник М1 "ГУ. Сер. Машиностроение, - 2001. - № 2. - с. 26-30.
7. Феофанова А.Е. Анализ напряженно-деформировапного состояния деталей коробчатой формы.// Прогрессивные технологии и оборудование кузнечно-штамповочного производства. Сб. науч.трудов международной научно-технической конференции. М.: МГТУ «МАМИ» - 2003.- с. 281-287.
8. Феофанова А.Е. Вытяжка деталей коробчатой формы. // Тул.гос.ун-т, Тула, 2002. Сб.науч.трудов. Механика деформируемого твердого тела и обработка металлов давлением. 4.1. с. 127-133.
9. Феофанова А.Е. Напряженно-деформированное состояние листовых заготовок при изгибе. Электронный журнал "Автоматизация и управление в машиностроении", № 17,2001. htth://magazine/stankin.ru/frch/n-17.
10. Феофанова А.Е. Влияние предварительного растяжения на штампуемость листового металла. // Тул.гос.ун-т, Тула, 2001. Сб.науч.трудов. Механика деформируемого тела и обработка иеталлов давлением. 4.1. С.75-80.
11. Семенов И.Е., Феофанова А.Е. Проблемы качества при изготовлении крупногабаритных панелей методом локальной формовки эластичным инструментом. //«Кузнечно-штамповочное производство» - 1998. - № 4. - с. 34-37.
12. Феофанова А.Е. Технологические процессы и оборудование обработки пластическим деформированием.// Учебное пособие.- М.: ИЦ МГТУ Станкин, 2004. 100с.
13. Феофанова А.Е. Предельные деформации при местной листовой формовке. // Процессы обработки металлов давлением в автомобилестроении. Межвуз. сб. науч. тр. МАМИ. - М. - 1988. - с.145-152.
14. Феофанова А.Е. Исследование процесса местной листовой формовки. // Машины и технология обработки металлов давлением. Сб. трудов хМАМИ-1986.-с. 29-35.
15. Шпунькин Н.Ф., Кулагин А.Ф., Феофанова А.Е. Применение малоотходных технологических процессов автокузовной штамповки на АЗЛК. / Материалы семинара МДНТП им.Ф.ЭДзержинского, 1986.
16. Матвеев А.Д., Кремнев В.Н., Шпунькин Н.Ф., Феофанова А.Е. Влияние нормальной анизотропии на предельный коэффициент вытяжки и на втягивание металла в зону штампа. /НИИНавтопром 30 мая 18-983 г. № 8938 ап-Д 83, ВИНИТИ "Деп.рук." 1983, №11.
17. Матвеев А.Д., Рябов В.Г., Феофанова А.Е. Экспериментальное исследование несимметричного волочения полосы. /НИИНазтопром 26 июня 1982 г. № 795 ап-Д 82, ВИНИТИ "Деп.рук." 1982, № 12.
18. Феофанова А. Е. И др. Способ вытяжки с растяжением. / А.С. № 1651421. Опубл. Б.И. № 19,1991.
19. Феофанова А.Е. и др. Штамп для листовой штамповки. / А.С. № 1315080. Опубл. 07.06.87. Б.И. № 21,1987.
20. Феофанова А.Е. и др. Способ испытания листового материала на двухосное растяжение. / А.С. № 1278668. Опубл. 23.12.86. Б.И. № 47,1986.
21. Феофанова А.Е. и др. Штамп для вытяжки. / А.С. № 1233994. Опубл. 30.05.86. Б.И. № 20,1986 г.
22. Феофанова А.Е. и др. Способ изготовления полых изделий. / А.С. № 1088844. Опубл. 30.04.84. Б.И. № 16,1984.
23. Феофанова А. Е. Устройство для штамповки деталей из листовых заготовок меньшего размера. Патент RU № 2164455 В21 D 25/00. МГ ТУ "СТАНКИН", опубл. 27.03.2001. Бюл. № 9.
24. Феофанова А.Е. Устройство для штамповки деталей из листовых заготовок меньшего размера с предварительным растяжением. Патент RU № 2164454 В21 D 11/02. МГТУ "СТАНКИН", опубл. 27.03.2001. Бюл. № 9.
25. Феофанова А.Е. Устройство для растяжения листового материала. Патент RU № 2164834 В21 D 25/00. МГТУ "СТАНКИН", опубл.
10.04.2001. Бюл. №10.
Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук
Повышение интенсивности и надежности формоизменяющих операций листовой штамповки
Лицензия на издательскую деятельность ЛР №01741 от 11.05.2000 Подписано в печать 2.08.2004. Формат 60х90'Лб Уч.изд. л. 2,5. Тираж 100 экз. Заказ № 160
Отпечатано в Издательском Центре МГТУ «СТАНКИН» 103055, Москва, Вадковский пер., д.3а
Оглавление автор диссертации — доктора технических наук Феофанова, Анна Евгеньевна
ВВЕДЕНИЕ.
ГЛАВА 1. Анализ современного состояния исследований формоизменяющих операций листовой штамповки.
1.1. Методы оценки штампуемости листового металла
1.1.1. Диаграммы предельных деформаций листовых материалов.
1.1.2. Основные показатели штампуемости листового материала.
1.2. Теоретические и экспериментальные исследования предельного формоизменения при листовой штамповке.
1.2.1. Предельное формоизменение при формовке жестким инструментом.
1.2.2. Предельное формоизменение при формовке упруго-эластичной средой.
1.2.3. Предельное формоизменение при высокоскоростной формовке.
1.2.4. Предельное формоизменение при пневмоформовке.
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
ГЛАВА 2. Математическое моделирование процессов пластического деформирования листового металла.
2.1. Инвариантные характеристики напряженного и деформированного состояний.
2.2. Условия пластичности.
2.2.1. Энергетическое условие идеальной пластичности.
2.2.2. Условие пластичности с деформационным упрочнением
2.2.3. Условие пластичности со скоростным упрочнением.
2.2.4. Условие пластичности со смешанным упрочнением.
2.3. Система уравнений пластического равновесия.
2.4. Энергетические уравнения и уравнения тепломассопереноса
2.5. Поверхности разрыва напряжений и скоростей.
2.6. Среднеинтегральная оценка упрочнения деформируемого металла.
2.7. Частные случаи пластического состояния.^
2.7.1. Плосконапряженное состояние.ЮО
2.7.2. Плоскодеформированное состояние.
2.7.3. Состояние " полной пластичности ".
2.8. Энергетические методы расчета.
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 2.ЮЗ
ГЛАВА 3. Теоретические исследования предельного формоизменения листового металла.
3.1. Методы оценки прочности деталей из тонколистового металла Ю
3.2. Напряженно-деформированное состояние листовых заготовок ^^
3.2.1. Напряженно-деформированное состояние листовых заготовок при местной формовке.
3.2.2. Напряженно-деформированное состояние листовых заготовок при совмещении формовки элементов с их одноосным растяжением.^
3.2.3. Напряженно-деформированное состояние круглых листовых заготовок при изгибе.
3.2.4. Напряженно-деформированное состояние листовых заготовок при вытяжке.
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 3.
ГЛАВА 4. Экспериментальные исследования предельного формоизменения листового металла.
4.1. Методика проведения экспериментов.
4.1.1. Основные задачи экспериментальных исследований.
4.1.2. Исходные материалы.
4.1.3. Образцы и оборудование для испытаний. Порядок проведения экспериментов. Описание конструкций и измерительных устройств.
4.2. Планирование эксперимента.
4.2.1. Статистический анализ характеристик упрочнения материалов.
4.2.2. Оценка соответствия распределения величин п и А нормальному закону распределения.
4.2.3. Статистический анализ данных о влиянии предварительной деформации растяжения листовых заготовок на их предельную пластическую деформацию в условиях двухосного растяжения.
4.3. Обработка экспериментальных результатов.
4.3.1. Экспериментальные исследования по определению параметров аппроксимации кривой упрочнения и коэффициента анизотропии.
4.3.2. Экспериментальные исследования предварительного растяжения на предельное формоизменение.
4.4. Численное исследование предельного формоизменения.
4.4.1. Классификация численных методов исследования в обработке давлением
4.4.2. Некоторые сведения о методе конечных элементов.
4.4.3. Решение задачи пластического формоизменения оболочки на основе МКЭ. ^^
4.4.4. Алгоритм численного решения задачи при пластической деформации оболочки.
4.4.5. Основы работы с автоматизированной системой SEDR 2000. Подготовка данных для расчета и получение результатов.
4.5. Сравнение результатов численного решения и экспериментального исследования.
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4.
ГЛАВА 5. Оценка надежности формоизменяющих операций листовой штамповки и результаты промышленного внедрения.
5.1. Оценка надежности первого перехода вытяжки цилиндрических деталей.
5.2. Оценка надежности формовки сферических элементов в листовых заготовках без разрушения.
5.3. Внедрение результатов исследований в производство.
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 5.
Введение 2004 год, диссертация по обработке конструкционных материалов в машиностроении, Феофанова, Анна Евгеньевна
Прогресс в машиностроении зависит от совершенствования технологии изготовления машиностроительных деталей, разработки новых способов обработки давлением, повышения их интенсивности и надежности. Одним из эффективных способов изготовления деталей является листовая штамповка, широко применяемая в автомобилестроении и в других отраслях промышленности.
Листовая штамповка обеспечивает стабильное качество деталей, является ресурсосберегающей и энергосберегающей технологией. Наиболее сложными операциями листовой штамповки являются формоизменяющие операции, с помощью которых изготавливают детали кузовов автомобилей и других машин. Они должны обладать высокой прочностью и малой массой. Автомобилестроение ставит задачи изготовления более легких и прочных изделий. Для этого необходимы новые технологические процессы, к которым относятся формоизменяющие операции с предварительным деформированием исходной заготовки, позволяющие увеличить ее поверхность и экономить металл, а также повысить прочность в результате упрочнения. Предварительное деформирование позволяет также изменять и управлять анизотропными и механическими характеристиками заготовки. Однако до настоящего времени практически отсутствуют исследования в этом направлении, что сдерживает их внедрение в производство.
Листовая заготовка в процессе применения формоизменяющих операций подвергается неоднородному деформированию, в виду неоднородности полей напряжений и деформаций. При пластическом формоизменении заготовку подвергают немонотонному пластическому деформированию. Так, при обтяжке заготовку вначале растягивают до появления пластических деформаций. Поэтому эффекты упрочнения и деформационной анизотропии в различных точках объема проявляются поразному. Упрочнение и анизотропия материала по-разному влияют на утонение: анизотропия приводит к увеличению утонения, а упрочнение материала - к уменьшению.
Наиболее распространенными формоизменяющими операциями при штамповке крупногабаритных изделий из листа являются обтяжка с растяжением, вытяжка и формовка, основанные на двухосном растяжении листовых заготовок. Применение этих операций на практике требует проведения значительных временных и экономических затрат. Эффективно решить задачу изготовления деталей сложной геометрической формы с помощью данных операций можно только с использованием математической модели процесса. Поэтому необходимо исследование общей структуры модели процесса, установление критерия оптимизации процесса и способов его реализации. Таким образом, основной целью проектирования процесса является изготовление детали заданной геометрической точности при отсутствии признаков брака деформационного характера: разрыва заготовки, недопустимого пружинения, складкообразования, крупнозернистой структуры, недопустимого утонения материала. Эту формулировку можно считать критерием оптимизации процесса формоизменения. Под конечным состоянием процесса формоизменения понимают последний период деформирования, характеризующийся кинематическими и деформационными параметрами. После разгрузки, сопровождающейся пружинением, получают непосредственно деталь. Качество ее можно оценить по геометрическим параметрам. Точность формообразования зависит как от геометрических, так и от деформационных характеристик процесса. Деформационные - определяются программой деформирования. Для конкретной формоизменяющей операции необходимо выделить доминирующий признак брака и выполнить формообразование с минимальной вероятностью его появления, проверив отсутствия других. В частности, доминирующим признаком брака можно считать разрыв заготовки. В этом случае процессом необходимо управлять с учетом его минимальной вероятности. Достичь этого можно, задавая на каждом шаге процесса минимальное приращение деформации, необходимое для формоизменения. Деформационные характеристики процесса зависят также от начальных условий. На конечное их состояние оказывают влияние, как программа деформирования, так и исходные данные. Однако степень их влияния различна и зависит от того, насколько близки исходные и конечные параметры.
В основе технологичности задач формоизменяющих операций листовой штамповки необходимы решения согласно теории пластичности, в том числе для изготовления равнотолщинных сферических мембран, нужно реализовать идею предварительного деформирования. Предварительное деформирование листовой заготовки состоит в искусственном увеличении размеров ее поверхности, а также в перераспределении толщины вдоль образующей.
При автоматизированном проектировании операций листовой штамповки в качестве исходных данных, наряду с характеристиками материала заготовки и геометрией инструмента, применяют величины коэффициентов трения и силы пресса. При пластическом течении металла на контактной поверхности матрицы и прижима возникают значительные удельные силы, изменяющиеся по ходу деформирования; изменяется шероховатость заготовки и штамповочного инструмента. В этой зоне трение играет отрицательную роль: увеличиваются износ и общая сила деформирования. Трение же между пуансоном и штампуемой деталью играет положительную роль: уменьшает величину утонения металла в опасном сечении детали повышая ее устойчивость, а также уменьшает общую деформирующую силу.
Листовой материал, подвергаемый штамповке, как правило, обладает анизотропией свойств, обусловленной маркой материала и технологическими режимами его получения. Анизотропия механических характеристик также оказывает как положительное, так и отрицательное влияние на протекание технологических процессов обработки металлов давлением. Поэтому, необходимо исследовать предельные возможности формоизменения, связанные с локализацией деформации (образованием шейки и ее разрушением).
При анизотропии тело в различных направлениях обладает различными свойствами. Чем в менее пластичном состоянии находится материал, тем резче проявляется анизотропия его сопротивления разрушению. В общем случае характеристики, связанные с разрушением, обычно показывают большую анизотропию, чем характеристики пластической области деформирования. В особенности это касается характеристик конечной пластичности.
Для представления об анизотропии механических характеристик материала необходимо провести испытания в различных направлениях и построить диаграммы зависимости их от угла между осью образцов и направлением прокатки в листовых заготовках.
Анизотропию механических свойств листовых материалов принято условно оценивать коэффициентом анизотропии. Коэффициент вычисляют непосредственно по экспериментальным значениям относительных или логарифмических деформаций образца в области равномерного удлинения по ширине и толщине.
В настоящее время не существует единого метода расчета процессов штамповки листовых материалов. В зависимости от конкретного типа материала, от схемы деформирования (обтяжка, гибка или локальное деформирование); от рассчитываемых параметров процесса (деформирующие силы, предельные возможности, оптимальные режимы) используют тот или иной расчетный метод, результаты которого согласуются с практикой, поэтому необходима информация о предельных характеристиках материала. Необходимо, также проведение исследований, позволяющих в полной мере оценить возможность и характер появления технологических отказов, под которыми подразумевают появление браковочных признаков в виде локализации деформации с последующим разрушением. Явление локализации ограничивает возможности формоизменения листа. Исследования ограничений, вносимых явлением локализации, особенно важны для листовых металлов повышенной прочности. Эти материалы находят все большее применение в кузовах современных легковых автомобилей, позволяя снизить толщину автокузовных деталей и массу кузова в целом. Однако поведение этих материалов при выполнении штамповочных операций исследовано мало, что сдерживает их широкое применение.
В связи с изложенным, возникает необходимость разработки инженерной методики, позволяющей осуществить проектирование операции достаточно быстро и эффективно. Эта методика должна базироваться на математической модели расчета процессов листовой штамповки. Для разработки такой модели необходимо проведение экспериментальных исследований процесса, результаты которых являются основой для построения самой модели. Полученные сведения являются исходными условиями для создания системы компьютерного моделирования и разработки технологических процессов штамповки деталей, таких как кузова автомобиля современного дизайна и других деталей.
Имеющиеся в технической литературе методы расчета предельной формы по признаку локализации деформации нуждаются в совершенствовании. Согласно литературным данным и имеющимся результатам исследований, явление локализации деформации в сплошной среде и связанная с ним неустойчивость процесса формоизменений имеет неоднозначный характер. Проявляется влияние градиента деформаций, граничных условий, исходных несовершенств, относительной толщины. В связи с этим, необходимо определение количественных данных о влиянии на развитие локализации исходных несовершенств листового металла и тонкостенных оболочек (разнотолщинность, неоднородность пластических свойств), градиента деформации, граничных условий, относительной толщины оболочки, получение представления об условиях, в которых имеет место существенное запаздывание локализации деформации, а в качестве фактора, ограничивающего формоизменение в сплошной среде, выступает разрушение металла.
Для дальнейшего улучшения технологических процессов и создания новых, необходимо проведение теоретических исследований с использованием уравнений современной теории пластического течения анизотропного металла, свойства которого зависят от деформации и скорости деформации, выполнения аналитических и численных решений методом конечных элементов о пластическом формоизменении и развитии локализации. В экспериментальных исследованиях необходимо смоделировать процессы локализации деформации листового металла повышенной прочности.
Цель диссертации - повышение интенсивности и надежности формоизменяющих операций листовой штамповки за счет предварительного растяжения исходной заготовки, позволяющего снизить расход металла, увеличить прочность, управлять анизотропией и уменьшить процент брака изготавливаемых деталей.
Предмет исследований.
Явление неустойчивости растяжения и локализации деформации при пластическом формоизменении листового металла повышенной прочности и тонкостенных оболочек, обладающих исходными геометрическими несовершенствами и неоднородностью пластических свойств. Металл -анизотропный, пластичный, вязкий и вязкопластичный.
Установление влияния геометрических несовершенств, неоднородности металла и других факторов на возможности предельного формоизменения, а также влияние граничных условий, относительной толщины, градиента деформации на процессы развития локализации.
Основные результаты: разработка новых технологических процессов на основе экспериментальных данных о локализации деформации и неустойчивости процессов формоизменения листового металла;
- разработка новых методик расчета параметров предельного формоизменения в операциях листовой штамповки, новых методов испытания листовых материалов повышенной прочности и устройств для их реализации;
- разработка рекомендаций для совершенствования технологических процессов листовой штамповки в автомобилестроении и других отраслях промышленности;
- разработка новых решений для создания математических моделей расчета процессов формоизменяющих операций листовой штамповки.
Эффективность применения листовой штамповки зависит от ряда факторов, в том числе от технологичности детали, экономичности технологического процесса, правильной конструктивной разработки и качественного выполнения штампов, рационального выбора прессового оборудования, характеристик механических свойств металла заготовки, схемы деформирования, применяемого состава смазочного материала и раскроя.
Одним из технико-экономических показателей штамповки является коэффициент использования листового металла, причем потери от 20 % до 40 % листового металла закладываются уже при разработке технологии. Основные трудности испытывают технологи при проектировании формоизменяющих операций листовой штамповки - вытяжки, формовки, обтяжки, раздачи - где могут быть завышены количество операций и расход металла.
При пластическом формоизменении листового металла возникают значительные градиенты полей напряжений и деформаций, неравномерно распределенные по объему, определяемому конфигурацией детали, и, учитывая структурные и геометрические неоднородности заготовки ресурс пластичности листа может быть исчерпан до возникновения сосредоточенных утонений и трещин, с одной стороны, и, наоборот, повышен за счет утолщений, вплоть до появления складок и гофров, которые также являются браком.
Оптимизация процессов листовой штамповки предусматривает обеспечение необходимых перемещений в пластически деформируемой заготовке, докритических деформаций и напряжений и получение изделия с заданным качеством, которое во многом определяется штампуемостью металла, его прочностными и пластическими характеристиками. Штампуемостъ - способность металла деформироваться при формоизменяющих операциях листовой штамповки без разрушения связана с поисками критериев оценки поведения листового металла в процессах холодной штамповки.
Определение механических характеристик металла дает возможность наиболее полно использовать его пластичность с максимальными возможностями и минимальными потерями от брака по разрывам, трещинам и по складкам. А требования стандартов на листовой прокат не всегда в полной мере определяют пригодность его для формоизменяющих операций. Поэтому оценка пригодности листового металла для формоизменяющих операций холодной штамповки является главной при контроле качества листа. Т.е. проблема штампуемости является актуальной и требует своего решения. Это необходимо не только для повышения надежности процессов, а как следствия и качества, но и производительности прессового производства. Но, в настоящее время отсутствует единая методика определения прочности листовых деталей, удовлетворяющая практику.
Все шире находят применение различные способы интенсификации процессов штамповки, основанные на преднамеренном изменении вида напряженного состояния очага деформации с целью повышения критической степени деформации, т.к. на допустимое формоизменение металла существенное влияние оказывает вид напряженного состояния очага деформации.
АВТОР ЗАЩИЩАЕТ:
1. результаты исследований деформационного упрочнения при предварительном растяжении листовой заготовки, позволившие обеспечить повышенную жесткость деталей, изготавливаемых путем формоизменяющих операций;
2. методику и результаты экспериментальных исследований растяжения листового металла, в ходе которых установлены особенности характера пластического течения металла на границе перехода металла из упругого состояния в пластическое;
3. научно-обоснованную методику и технические рекомендации для проектирования технологических процессов формоизменяющих операций листовой штамповки, позволяющую повысить их интенсификацию и надежность;
4. методику конструкторско-технологического решения задачи вытяжки цилиндрических деталей, дающую оценку оптимального уровня отклонений основных факторов, влияющих на надежность первого перехода вытяжки;
5. методику прогнозирования надежности при осесимметричной обтяжке, позволяющую оценить вероятность формовки без разрушения сферического элемента листовой заготовки номинальной глубины.
НАУЧНУЮ НОВИЗНУ составляют следующие результаты:
1. результаты исследования влияния предварительного растяжения на напряженно-деформированное состояние процесса предельного формоизменения при листовой штамповке;
2. результаты теоретических и экспериментальных исследований получения необходимой жесткости детали из менее прочной и тонкой стали, которая достигается за счет более высокого деформационного упрочнения в процессе пластического формоизменения, характеризующуюся показателем деформационного упрочнения, полученного предварительным растяжением заготовки;
3. результаты исследования влияния относительной толщины материала, свойств металла, условий на контуре и других геометрических параметров на предельное формоизменение заготовки при листовой штамповке;
4. методика прогнозирования надежности формовки сферических элементов в листовых заготовках без их разрушения;
5. методика конструкторско-технологического решения задачи вытяжки цилиндрических деталей, дающая оценку оптимального уровня отклонений основных факторов, влияющих на надежность первого перехода вытяжки, исходя из условия минимума затрат, включающих в себя стоимость инструмента и потери на брак, позволяющая определить оптимальные величины допусков на размеры инструмента и заготовки, а также оптимальной анизотропии свойств заготовки, при которых затраты и потери от брака будут наименьшими;
6. математическая модель процесса изгиба круглой листовой заготовки, на основании которой получены уравнения для изгибающих моментов на свободном крае заготовки, а также в цилиндрическом сечении заготовки с жесткой заделкой, которые позволили проанализировать процесс изгиба кольцевой заготовки с жесткой заделкой внешнего (формовка) и внутреннего краев и оценить растягивающие напряжения, вызванные изгибом заготовки при вытяжке без утонения;
7. метод расчета напряженно-деформированного состояния листовых заготовок при совмещении формовки элементов с их одноосным растяжением;
8. математическая модель процесса вытяжки деталей коробчатой формы из листовой заготовки, позволившая установить поле напряжений и деформаций и оценить растягивающие напряжения в сечении формируемой стенки детали в избежания чрезмерного ее утонения или разрушения, а также определить распределение средней по цилиндрическому сечению зоны толщины заготовки.
ПРАКТИЧЕСКУЮ ЗНАЧИМОСТЬ работы составляют следующие результаты: создание на основе результатов теоретических и экспериментальных исследований ресурсосберегающих технологий, новых способов и конструкций штампов для штамповки листовых деталей повышенной прочности; создание на основе знаний о локальной неустойчивости деформации растяжения листа и тонкостенных оболочек из анизотропного, пластичного, вязкого и вязкопластичного металла, обладающих исходными геометрическими несовершенствами и неоднородностью пластических свойств технологических рекомендаций по расчетам предельного формоизменения новых высокопрочных материалов в операциях листовой штамповки.
ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертационной работы опубликованы 25 печатных работ, получены авторские свидетельства и патенты.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, 5 глав и выводов по работе, приложения. Изложена на 236 страницах машинописного текста, содержит 70 рисунков и фотографий,
Заключение диссертация на тему "Повышение интенсивности и надежности формоизменяющих операций листовой штамповки"
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
1. На основании анализа современного состояния формоизменяющих операций листовой штамповки установлено следующее:
- отсутствует единый метод расчета формоизменяющих операций листовой штамповки, поскольку в ходе этих операций листовая заготовка подвергается неоднородному деформированию;
- нет единого критерия оценки штампуемости листовой стали, что затрудняет с достаточной достоверностью судить о возможном поведении металла во всех формоизменяющих операциях листовой штамповки.
Для решения этих задач определены наиболее перспективные направления развития формоизменяющих операций листовой штамповки на основе предварительного деформирования исходной заготовки, позволяющих получать детали с заданными прочностными характеристиками и снизить расход металла.
2. Проведенные теоретические исследования оценки опасности разрушения металла и условий нарушения устойчивого пластического течения в процессах листовой штамповки на основе физического моделирования процессов пластического деформирования при различных формоизменяющих операциях и стадиях деформирования, начальных и граничных условиях позволили:
- разработать теоретический метод расчета напряженно-деформированного состояния листовых заготовок при местной формовке и установить оптимальные технологические параметры процесса;
- разработать теоретический метод расчета напряженно-деформированного состояния листовых заготовок при совмещении формовки элементов с их одноосным растяжением, приводящий к оценке предельной глубины формуемого цилиндрического элемента;
- разработать теоретический метод расчета процесса изгиба круглой листовой заготовки, устанавливающий поля напряжений и деформаций; получить уравнения для изгибающих моментов на свободном крае заготовки, а также в цилиндрическом сечении заготовки с жесткой заделкой и проанализировать процесс изгиба и оценить растягивающие напряжения, вызванные изгибом заготовки при вытяжке без утонения и оценить форму срединной поверхности заготовки;
- разработать теоретический метод расчета процесса вытяжки деталей коробчатой формы из листовой заготовки, позволивший установить поле напряжений и деформаций и оценить растягивающие напряжения в сечении формируемой стенки детали во избежание чрезмерного ее утонения или разрушения, а также определить распределение средней по цилиндрическому сечению зоны толщины заготовки.
3. Проведенные экспериментальные исследования по определению механических характеристик листового металла позволили разработать методику для получения деталей заданного качества:
- необходимую жесткость детали из менее прочной и тонкой стали, можно достигнуть за счет более высокого деформационного упрочнения в процессе пластического формоизменения, которое характеризуется показателем деформационного упрочнения, получаемого путем предварительного растяжения заготовки;
- для повышения прочностных свойств металла в деталях, необходимо использовать особенности характера пластического течения металла на границе перехода металла из упругого состояния в пластическое, заключающиеся в том, что при малых деформациях (е^ < 0,01), возникает резкое изменение механических характеристик;
- предварительная деформация в зависимости от направления прокатки материала на пластичность металла оказывает различное влияние;
- построенные графики зависимостей n(et), R(se), A(sf) можно использовать для определения величины предварительной деформации металла для получения деталей заданного качества;
- использование численных методов возможно только при создании библиотеки данных, основанных на экспериментальных исследованиях различных механических характеристик и их изменениях по ходу нагружения, для заданного листового металла.
4. Разработанная научно-обоснованная методика и технические рекомендации для проектирования новых технологических процессов формоизменяющих операций листовой штамповки, позволяют повысить их интенсификацию и надежность:
- разработанная методика конструкторско-технологического решения задачи вытяжки цилиндрических деталей, дает оценку оптимального уровня отклонений основных факторов, влияющих на надежность первого перехода вытяжки;
- найденные условия, позволяют оптимизировать уровень надежности первого перехода вытяжки цилиндрических деталей, для эффективного решения задачи при изготовлении деталей из листовой заготовки данным методом;
- выведенная формула, для оценки оптимального уровня отклонений основных факторов, влияющих на надежность первого перехода вытяжки цилиндрических деталей, исходя из условия минимума затрат, включающих в себя стоимость инструмента и потери на брак, позволяет определить оптимальные величины допусков на размеры инструмента и заготовки, а также оптимальной анизотропии свойств заготовки, при которых затраты и потери от брака будут наименьшими;
- разработанная математическая модель технологических отказов, связанная с разрушением материала, позволяет выполнить оценку появления и предотвращения этого отказа при осесимметричной обтяжке;
- разработанная методика прогнозирования надежности при осесим-метричной обтяжке, позволяет оценить вероятность формовки без разрушения сферического элемента листовой заготовки номинальной глубины.
5. Разработанные новые технологические процессы и оснастка, обеспечивающие изготовление деталей сложной геометрической формы с заданными прочностными параметрами, позволили произвести комплекс работ по внедрению.
Предложенные технические решения защищены патентами Российской Федерации.
Библиография Феофанова, Анна Евгеньевна, диссертация по теме Технологии и машины обработки давлением
1. Аверкиев А.Ю. Методы оценки штампуемости листового металла. -М.:
2. Машиностроение, 1985. 176 е., ил.
3. Аверкиев А.Ю. Применение диаграмм предельных деформаций вкомплексной оценке штампуемости листового проката. -Электротехническая промышленность. Сер. Технология электротехнического производства, 1983, вып. 9 (172), с. 2-3.
4. Аверкиев А.Ю. Предельное формоизменение при штамповке листовогометалла. //«Кузнечно-штамповочное производство» 1995.- № 10.- с. 1720.
5. Аверкиев А.Ю. Оценка штампуемости тонколистового металла. В кн:
6. Машины и технология обработки металлов давлением. М.: Машиностроение, 1973, вып. 10, с. 238-249 (Труды МВТУ, № 165).
7. Аверкиев А.Ю. Оценка штампуемости листового проката. //«Кузнечноштамповочное производство» 1987. - № 10.-е. 6-8.
8. Ананченко И.Ю. Классификация автокузовных панелей для оценки ихтехнологичности. //«Кузнечно-штамповочное производство» 1990.- № 8.- с. 31-35.
9. Арышенский Ю.М., Гречников Ф.В., Арышенский В.Ю. Получениерациональной анизотропии в листах. М.: металлургия, 1987, 141 с.
10. Афанасьев A.A., Климычев С.Б., Михаленко Ф.П. Новые разработки ОАО
11. ГАЗ» в области формообразования кузовных панелей. //«Кузнечно-штамповочное производство» 2003. - № 2. - с.30-32.
12. Басалаев Э.П. Новые подходы к проектированию технологическихпроцессов холодной штамповки. //«Кузнечно-штамповочное производство» 1995. - № 6. -с. 17-18.
13. Баркая В.Ф. и др. Формоизменение листового металла. М.: Металлургия,1976. 264с.
14. Барнс Э.Дж., Смирнов О.М. Технология сверхпластической формовки полых изделий из листовых заготовок алюминиевых сплавов. //«Кузнечно-штамповочное производство» 1995. - № 5. - с. 9-12.
15. Беркович И.И., Никишин В.Е., Николаева А.М. Фрикционное взаимодействие полиуретанов с металлами в условиях штамповки эластичным инструментом. //Трение и износ. 1985. - т. 3. - № 5. — с. 840-849.
16. Блинов М.А. Вытяжка полиуретаном полусферы из труднодеформируемой стали. //«Кузнечно-штамповочное производство» 1991. -№ 6. -с. 14-15.
17. Блинов М.А. Способ штамповки эластичной средой штучных заготовок. // «Кузнечно-штамповочное производство» 1990. - № 6. - с. 14-16.
18. Блинов М.А. Энергосберегающий способ вытяжки полиуретаном. // «Кузнечно-штамповочное производство» 1990. - № 5. - с. 29-30.
19. Бортсевич В.К. и др. Расчет основных технологических параметров крупногабаритных высокоточных листовых деталей двойной кривизны. // «Кузнечно-штамповочное производство» 1996. - № 4. - с. 5-9.
20. Ботвиновский В. Е., Варгин С.Г., Демченко В.И. О влиянии некоторых факторов на глубину лунки при испытании по методу Эриксена. //«Кузнечно-штамповочное производство» 1972. - № 10 - с. 19-21.
21. Вагин В.А., Здор Т.Н., Мамутов В.С. Методы исследования высокоскоростного деформирования металлов. Минск.: Наука и техника, 1990., 207 с.
22. Герасимович А.И., Матвеева Я.И. Математическая статистика. Минск. «Вышэйшая школа», 1978. 200 с. с ил.
23. Гешелин В.Г. и др. Влияние пластического формоизменения на усталостную прочность автолистовой стали. //«Кузнечно-штамповочное производство».- 1992.- № 9-10. -с. 15-17.
24. Гирина O.A. и др. Холоднокатаные стали повышенной прочности для листовой штамповки. //«Кузнечно-штамповочное производство» 1991.-№7.-с. 12-14.
25. Глинер P.E., Майоров М.А. К вопросу построения диаграмм предельной пластической деформации стали. // Заводская лаборатория. 1989. № 5. с. 107-109.
26. Глинер P.E. Предельная пластичность и предел текучести как показатели штампуемости холоднокатаной листовой стали. //«Кузнечно-штамповочное производство» 1995.- №5.-с.17-19.
27. Глинер P.E., Майоров М.А. Применение диаграмм штампуемости для анализа запаса пластичности и аттестации горячекатаного листа. //«Кузнечно-штамповочное производство» 1990. - № 9. - с. 33-35.
28. Головлев В.Д. Расчеты процессов листовой штамповки. М.; «Машиностроение», 1974
29. Гречников Ф.В., Дмитриев A.M., Кухарь В.Д. и др. Прогрессивные технологические процессы холодной штамповки. М.: Машиностроение, 1985. - 184 е., ил.
30. Гречников Ф.В. и др. / Прогрессивные технологические процессы холодной штамповки. / Под общей ред. А.Г.Овчинникова. М.: Машиностроение, 1985. - 184с., ил.
31. Гусак Н.О., Чернышев A.B. Неразрушающий метод оценки штампуемости листового проката. //«Кузнечно-штамповочное производство» 1994.- № 8.- с. 6-9.
32. Дель Г.Д., Шагунов A.B. Устойчивость сжатия листовых деталей эластичными средами. //«Кузнечно-штамповочное производство» 1997. - № 3. - с. 2-5.
33. Джонсон У., Меллор П. Теория пластичности для инженеров. / Перевод с англ. А.Г. Овчинникова «Машиностроение» - 1979. -567с.
34. Евсюков С.А. Анализ и классификация технологических факторов и процессов листовой штамповки. Вестник машиностроения. 1994. № 11. С.43-46.
35. Елисеев В.В., Попов С.П., Томилов Ф.Х. и др. О построении диаграммпредельной формуемости листовых материалов. //«Кузнечно-штамповочное производство» 1998.- №3.- с. 3-6.
36. Журавлев А.З., Романов А.К. Влияние относительной толщины исходной заготовки на распределение деформаций при гидростатическом выпучивании листовых металлов. //«Кузнечно-штамповочное производство» М. - 1974. - № 6. - с. 15-16.
37. Исаченков Е.И. Штамповка резиной и жидкостью. М.: Машиностроение, 1967.-367с.
38. Касандрова О.Н., Лебедев В.В. Обработка результатов наблюдений. / М. «Наука» - Главная редакция физ-мат. Литературы - 1970. -104 с.
39. Каржавин В.В. Критерии качества изделий, получаемых на основе многопереходной листовой штамповки. //«Кузнечно-штамповочное производство» 1994. - № 6. - с. 7-10.
40. Ковка и штамповка: Справочник: В 4-х т. Т.4. Листовая штамповка / Под ред. А.Д.Матвеева; М.: Машиностроение, 1985 - 1987. - 544 е.: ил.
41. Колмогоров В.Л. Механика обработки металлов давлением. М.: Машиностроение, 1986. 688с.
42. Комаров А.Д., Шаров A.A., Моисеев В.К. Способы уменьшения и стабилизация пружинения деталей при гибке эластичной средой. //«Кузнечно-штамповочное производство» 1993. - № 7. - с. 13-16.
43. Коршунов В.Я. Расчет предела усталости металлов по величине коэффициента перенапряжения межатомных связей. //«Вестник машиностроения» -1997.- № 9.- с.32-34.
44. Костылев A.B., Кошелев О.С. Экспериментальное построение кривыхпредельных деформаций листового металла. //«Кузнечно-штамповочное производство» 2002. - № 6. - с. 12-16.
45. Кутырев A.C. и др. Технологические приемы обеспечения требований по точности к кузовным деталям. //«Кузнечно-штамповочное производство» 1991.- №5. - с. 16-17.
46. Кухарь В.Д., Макаров JI.JI. Общий метод расчета нестационарных процессов магнитно-импульсной обработки металлов. //«Кузнечно-штамповочное производство» 1999. - № 2. — с. 15-17.
47. Малинин H.H., Петросян Ж.Л. Большие пластические деформации круглой мембраны, нагруженной равномерным давлением. //«Известия Вузов, Машиностроение» 1968. - № 10. - с. 30-37.
48. Малинин H.H. Технологические задачи пластичности и ползучести: Учебное пособие для студентов машиностроительных специальностей вузов. М.: Высшая школа, 1979. - 119 е., ил.
49. Мамутов B.C. Численное моделирование формоизменения заготовки в процессах высокоскоростной листовой штамповки. //«Кузнечно-штамповочное производство» 1995. - № 1.-е. 19-20.
50. Матвеев А.Д. Влияние относительной толщины на предельную деформацию при выпучивании мембраны гидростатическим давлением. // «Известия Вузов, Машиностроение» М. - 1970. - № 6. - с. 15-19.
51. Матвеев А.Д. Испытание листового материала на осесимметричное растяжение. //«Кузнечно-штамповочное производство» 1971. - № 10 -с. 14-17.
52. Матвеев А.Д. Исследование местного прекращения деформаций и изменение формы листовой заготовки при ее растяжении в штамповочных операциях. // Дисс. На соискание ученой степени доктора технических наук. М. Автомеханический институт. - 1971. -295с.
53. Матвеев А.Д. Об оценке устойчивости деформации при линейномрастяжении. //«Кузнечно-штамповочное производство» 1968. - № 6. -с. 16-22.
54. Марчиняк 3. Механика процессов листовой штамповки. Варшава. ПВНТ,1961. 263с.
55. Металлы. Методы испытаний на растяжение. ГОСТ 1497-84 (CT СЭВ 471-77), ГОСТ 9651-84 (CT СЭВ 1194-78), ГОСТ 11150-84, ГОСТ 1170184. Москва 1985.
56. Михаленко Ф.П., Борисов A.A. Закономерность упрочнения при холодной деформации листовых металлов, применяемых в автомобилестроении. //«Кузнечно-штамповочное производство» 1996.-№ 10.-с. 32-36.
57. Моисеев В.К., Комаров А.Д. и др. Опыт штамповки полиуретаном стальных деталей сложной формы. //«Кузнечно-штамповочное производство» 1991. - № 8. - с. 17-18.
58. Мюшенборн В., Зонне Г., Мейр, Л. Показатели качества холоднокатаной стали, характеризующие ее способность к холодной деформации. // Экспресс-информация ВИНИТИ по технологии и оборудованию штамповочного производства. М. 1973. Вып.З. С. 17-42.
59. Наделяев И.В., Архангельская Л.В., Ливенко Н.Д. Исследование процесса формообразования сферических деталей. //«Кузнечно-штамповочное производство» 1991. - № 6. - с. 10-12.
60. Николаева A.M., Беркович И.И., Никишин В.Е., Розенцвайг В.М. Определение физико-механических характеристик эластичного инструмента для листовой штамповки. //«Кузнечно-штамповочное производство» 1991. - № 5. - с. 22-24.
61. Одинг С.С. Напряженное состояние неравномерно-растянутой полосы из жесткопластического материала. // Прикладная механика. 1985. №6. С. 121-124.
62. Осадчий В.Я. и др. Технологические параметры предельной формовки. //«Кузнечно-штамповочное производство» 1991. - № 12.-е. 16-17.
63. Осипов А.Ф. Анализ надежности показателей штампуемости автолистовой стали. //«Кузнечно-штамповочное производство» 1995.-№5. -с.15017.
64. Осипов А.Ф. Внедрение сталей повышенной прочности в производстве деталей автомобилей. //«Кузнечно-штамповочное производство» 1992.-№9-10. -с.13-15.
65. Пановко В.М., Шелест А.Е. использование механических испытаний для оценки деформируемости материалов при листовой штамповке. //«Кузнечно-штамповочное производство» 2000. - № 4. -с. 9-11.
66. Попов Е.А. Основы теории листовой штамповки. 2-е изд., перераб. и доп. J1.: Машиностроение, 1977. 278 с.
67. Попов Е.А., Ковалев В.Г., Шубин И.Н. Технология и автоматизация листовой штамповки: Учебник для вузов / М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2000. 480с., ил.
68. Попов О.В. и др. Эффективность электроимпульсной интенсификации (ЭИИ) операций листовой штамповки. //«Кузнечно-штамповочное производство» 1994. - № 7. - с. 24-27.
69. Потекушин Н.В. Об испытании технологических свойств тонколистовых металлов на приборах ПТЛ-10 и МТЛ-10. //«Кузнечно-штамповочное производство» 1966. - № 8. - с. 20-23.
70. Пэн Женыпу, Ван Мэнцзюнь, Го Чжижун. Упрощенная методика определения показателя штампуемости тонколистового проката. //«Кузнечно-штамповочное производство» 1991. - № 10. - с. 22-23.
71. Романов А.К., Саенко С.А. Анализ гидравлического выпучивания вэллипсной матрице. // Межвузовский сб. «Обработка металлов давлением» Ростов-на-Дону - 1982. - с. 105-109.
72. Романов А.К., Саенко С.А. Анализ устойчивости пластическогодеформирования листового металла в процессе гидростатической формовки. // Межвузовский сб. «Обработка металлов давлением» -Ростов-на-Дону 1981.-е. 66-69.
73. Романов А.К. Влияние толщины исходной заготовки на распределение деформаций и форму поверхности при гидростатической формовке в круглую матрицу. // Сб. Статей «ОМД» Ростов-на-Дону - 1974. - с. 8285.
74. Романов А.К. Деформация на кромке матрицы при гидравлической формовке. // Сб. Статей «ОМД» Ростов-на-Дону - 1974. - с. 117-120.
75. Романов А.К. Экспериментальное исследование формы поверхности при гидростатическом выпучивании тонколистовых металлов. // Сб. «Формоизменение при обработке металлов давлением» Ростов-на-Дону- 1974.-с. 38-42.
76. Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. 6-е изд.,перераб. И доп. Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1979. - 520 е., ил.
77. Ровинский Б.М., Рыбакова Л.М. Об остаточной деформации, получаемой при одноосном растяжении. // Машиноведение. 1969. №5. с. 51-60.
78. Рыбакова Л.М. Механические свойства и деструкция пластически деформированного металла. // Вестник машиностроения. 1993. № 8. с. 32-37.
79. Семенов И.Е. Локальная формовка эластичной средой. // Вестник машиностроения. 1997. - № 5. - с. 41-45.
80. Семенов И.Е. Определение технологических возможностей локального формообразования эластичным рабочим инструментом. //«Кузнечно-штамповочное производство» 1998. - № 1.-е. 13-16.
81. Семенов И.Е., Феофанова А.Е. проблемы качества при изготовлении крупногабаритных панелей методом локальной формовки эластичным инструментом. //«Кузнечно-штамповочное производство» 1998. - № 4. -с. 34-37.
82. Сизов Е.С., Бабурин М.А. Штамповка листовых деталей сложной формы пластично-эластичными средами. //«Кузнечно-штамповочное производство» 1994. - № 8. - с. 9-11.
83. Солонин И.С. Математическая статистика в технологии машиностроения. -М.: Машиностроение, 1972. 216 е., ил.
84. Степанский Л.Г. Математическое моделирование технологических процессов кузнечно-штамповочного производства. Конспект лекций. -М.: Станкин, 1993, 73 с.
85. Степанский Л.Г. Расчеты процессов обработки металлов давлением. -М.: Машиностроение, 1979. 215с.
86. Степнов М.Н. Статические методы обработки результатов механических испытаний. //М.: Машиностроение, 1985. -232 с.
87. Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1977. 423 с.
88. Сухомлинов Л.Г., Швая А.П. Экспериментально-расчетные исследования распределения деформаций при растяжении металлического листа. //«Кузнечно-штамповочное производство» 1995.- № 6. - с.6-8.
89. Тараненко М.Е. Изготовление высокоточных зеркал антенн космической связи. //«Кузнечно-штамповочное производство» 1998. - № 11.-е. 3335.
90. Тараненко М.Е. Локальное последовательное деформирование при штамповке крупногабаритных листовых деталей. //«Кузнечно-штамповочное производство» 1997. - № 9. - с. 14-16.
91. Тараненко М.Е., Князем М.К., Персий Е.Г. Технология изготовления кузовных деталей легковых автомобилей. //«Кузнечно-штамповочное производство» 1993. - № 8. - с. 23-25.
92. Титлянов А.Е. Пластическое течение листового материала при определении штампуемости путем выдавливания сферическим пуансоном. // «Машиноведение» М. - 1968. - № 1.-е. 101-106.
93. Титлянов А.Е., Щеглов Б.А. Влияние нормальной анизотропии на результаты испытаний листовых металлов на двухосное растяжение. «Машиноведение», 1968, № 2, С. 106-114.
94. Титлянов А.Е., Щеглов Б.А. Пластическое течение листового металла при определении штампу емости гидростатическим методом. //«Кузнечно-штамповочное производство» М. - 1968. - № 5. - с. 22-25.
95. Томленов А.Д. Теория пластического деформирования металлов. М., «Металлургия», 1972.-408с.
96. Томилов Ф.Х., Толстов С.А. Методика построения диаграмм разрушения листовых материалов. //«Кузнечно-штамповочное производство» 1999. №3. - с. 3-5.
97. Теория пластических деформаций металлов / Е.П. Унксов, У. Джонсон и др./ Под ред. Е.П.Унксова, А.Г.Овчинникова. М.: Машиностроение, 1983,598 с.
98. Феофанова А.Е. Анализ напряженно-деформированного состояния круглых листовых заготовок при изгибе.// «Вестник машиностроения» -2003.-№2.-с. 66-70.
99. Феофанова А.Е. Экспериментальные исследования предельного формоизменения при листовой штамповке.// «Заготовительные производства в машиностроении» 2004. - № 6. - с. 66-70.
100. Феофанова А.Е. Напряженное состояние листовых заготовок при совмещении формовки элементов с их одноосным растяжением.// «Вестник машиностроения» 2002. - № 5. - с. 67-69.
101. Феофанова А.Е. Оценка надежности первого перехода вытяжки полых цилиндрических деталей. //«Кузнечно-штамповочное производство» -2002.- №9.-с. 9-12.
102. Феофанова А.Е. Технологические процессы и оборудование обработки пластическим деформированием.// Учебное пособие.- М.: ИЦ МГТУ Станкин, 2004. 100с.
103. Феофанова А.Е. Прогнозирование надежности при осесимметричной формовке. //«Кузнечно-штамповочное производство» 2000. - № 4. - с. 12-13.
104. Феофанова А.Е. Пластическое состояние пластины, имеющей круглое отверстие.//Вестник МГТУ. Сер. Машиностроение, 2001. - № 2. - с. 2630.
105. Феофанова А.Е. Влияние предварительного растяжения на штампуемость листового металла. // Тул.гос.ун-т, Тула, 2001. С б.науч.трудов. Механика деформируемого тела и обработка иеталлов давлением. 4.1. С.75-80.
106. Феофанова А.Е. Вытяжка деталей коробчатой формы. // Тул.гос.ун-т, Тула, 2002. Сб.науч.трудов. Механика деформируемого твердого тела и обработка металлов давлением. 4.1. с.127-133.
107. Феофанова А.Е. Напряженно-деформированное состояние листовых заготовок при изгибе. Электронный журнал "Автоматизация и управление в машиностроении", № 17, 2001. htth://magazine/stankin.ru/frch/n-17.
108. Феофанова А.Е. Предельные деформации при местной листовой формовке. // Процессы обработки металлов давлением в автомобилестроении. Межвуз. сб. науч. тр. МАМИ. М. - 1988. - с.145-152.
109. Феофанова А.Е. Исследование процесса местной листовой формовки. // Машины и технология обработки металлов давлением. Сб. трудов МАМИ- 1986.-с. 29-35.
110. Феофанова А.Е. Устройство для штамповки деталей из листовых заготовок меньшего размера. Патент RU № 2164455 В21 D 25/00. МГТУ "СТАНКИН", опубл. 27.03.2001. Бюл. № 9.
111. Феофанова А.Е. Устройство для штамповки деталей из листовых заготовок меньшего размера с предварительным растяжением. Патент RU № 2164454 В21 D 11/02. МГТУ "СТАНКИН", опубл. 27.03.2001. Бюл. № 9.
112. Феофанова А.Е. Устройство для растяжения листового материала. Патент RU № 2164834 В21 D 25/00. МГТУ "СТАНКИН", опубл. 10.04.2001. Бюл. № 10.
113. Феофанова А.Е. и др. Способ испытания листового материала на плоское двухосное растяжение. / A.C. № 1278668, МКИ В 01 № 3/10. Опубл. 23.12.86., Бюлл. № 47 / Открытие. Изобретение. 1986. - № 47.
114. Феофанова А.Е. и др. Способ вытяжки с растяжением. / A.C. № 1651421. Бюлл. № 19 / Открытие. Изобретение. 1991. - № 19.
115. Хван Д.В., Толстов C.A., Томилов Ф.Х. и др. Испытание на растяжение листовых материалов при стеснении поперечной деформации. // Заводская лаборатория. 1993. № 7. с. 44-46.
116. Чжан Юань. Предельное формоизменение листа жестким инструментом при формовке параболических оболочек и вопросы качества. // Вестник машиностроения. 1997, № 2, С. 33-36.
117. Чудин В.Н. Исследование формообразования трехслойной панели растяжением. //«Кузнечно-штамповочное производство» 1997. - № 5. -с. 2-4.
118. Чумадин A.C. Об одном подходе к расчету предельного деформирования при листовой штамповке. //«Кузнечно-штамповочное производство» 1990. - №6. - с. 10-13.
119. Чумадин A.C., Ершов В.И., Зиая Д. Влияние гидростатического давления на предельные возможности деформирования при листовой штамповке. // «Кузнечно-штамповочное производство» 1990. - № 9. - с. 21-24.
120. Шагунов A.B., Томилов Ф.Х., Попов С.П. Технологические отказы при отбортовке эластичной средой листовых деталей с криволинейной формой борта. //«Кузнечно-штамповочное производство» 1996. - № 3. -с. 26-28.
121. Шагунов A.B., Шереметов В.Е. Томилов М.Ф. Разработка технологии вытяжки эластичной средой деталей из листа. //«Кузнечно-штамповочное производство» 1998. - № 3. - с. 20-23.
122. Шулика H.A. Адекватность сложности листовых деталей и пластичности тонколистовых сталей. Вестник машиностроения. 1994. № 9. С. 37-39.
123. Шулика H.A. Методика определения жесткости деталей из тонколистовой стали. //«Кузнечно-штамповочное производство» 1991.- №4. с.16-17.
124. Шульга С.А., Аверкиев А.Ю. Автоматизированное построение диаграмм предельных деформаций листового металла. //«Кузнечно-штамповочное производство» 1992. - № 5. - с. 18-20.
125. Юдаев В.Б., Петров М.В. и др. Исследование динамических свойств материалов для моделирования и проектирования процессов листовой и объемной штамповки. //«Кузнечно-штамповочное производство» 1990.- № 12.-с. 21-24.
126. Юдин Jl.Г., Коротков В.А. О предельных возможностях формоизменения при многооперационной ротационной вытяжке. //«Кузнечно-штамповочное производство» 1998. - № 10. - с. 24-26.
127. Яковлев С.П., Кухарь В.Д., Маленичев Е.С. предельные степени деформаций при штамповке деталей с выступами и многоугольной формы. //«Кузнечно-штамповочное производство» 1990. - № 11.-е. 11-12.
128. Яковлев С.П., Чудин В.Н., Сумароков С.А., Яковлев С.С. Предельные возможности формоизменения анизотропного листового материала в режиме кратковременной ползучести. //«Кузнечно-штамповочное производство» 1995. - № 11.-е. 2-5.
129. Al-Qureshi Н., Bressan J. Investigation of the degree of Biaxiality on the limit strains in sheet metal stretching. / SME Manuf. Eng. Trans. v. 9: 9th North. Amer. Manuf. Res. Conf. Proc. - University Park - Pa - May - 19 - 22 -1981.-p. 538-543.
130. Barnes A J. Superplastic Forming of Aluminum Alloys // Superplasticity in Advanced Materials. Ed. By T.G. Langdon. Materials Science Forum. 170-172(1994). P.701-714.
131. Bauerfeind E. Staud der Pruftechnik zur Bestimmung der Umformcigenschaften von Blechen. 1. / Fachberichte fur Huttenpraxis Meallweiterverarbeitung 1976. - v. 14 - № 5 - p. 416-422.
132. Boyles M., Chilcott H. Recent developments in the use of the stretch-draw test. / Sheet Metal Industries -1982. v. 11 - p. 149-156.
133. Cawai N., Goton M., Kurosaki Y. Some Considerations on the Formability Parometer in Sheet Metal Forming. / Transactions of ASME. 1976. - B.98. -№ l.-p.211-216.
134. Demeri M. Strain analysis of the hemispherical stretch bend test. / Journal of Applied Metal working. -1986. v. 4.- № 2.- p. 183-187.
135. Enroth E., Mindrup W. Möglichkeiten des Fluidform-Tiefziehens. /Workstatt und Betrieb. 1981. - v. 144. - № 4. - p. 267-271.
136. Haberfield A., Bogles M. Modern concepts of sheet metal formability. / Metallurgist and Material Technologist. 1975. - v.7 - № 9. - p. 453-456.
137. Hecker S. Factor affecting plastic instability and sheet formability. / International Conference on Mechanical Behavior Proceedings. Stockholm. - 1983. -Aug. 15-19. - p. 129-138.
138. Herold U. Hydromechanisches Tiefzichen ergibt genauere Formen und Ma f3e. /Bander, Bleche, Rohre. 1981. v.22. - № 3. - p. 45-49.
139. Hiam J., Lee A. Factors influencing the forming-limit curves of sheet-steel. / Sheet Metal Industries. 1978. - v.55. - № 5. -p.631-658.
140. Hill R. A theory of the Plastic Bulding of a Metal Diagram by Lateral Pressure. /Philosophical Magazine (Ser.7) 1950. - V.41. - № 322. - p. 1133-1142.
141. Hill R. The mathematical theory of plasticity. Oxford. 1985. 355p.
142. Hoffman O., Sachs G. Introduction to the theory of plasticity for Engineers. /McGRAW. Hill Bock - 1953.
143. Keeler Stuart P/ Understanding Sheet metal formability. «Machinery, 1968, February, 88-95, Part 1/
144. Kobayashi M., Kurosaki J., Kawai N. Influence of friction and metal properties on pure stretchability of sheet metals. / Trans. ASME. Journal Eng. Ind. - 1980.-v. 102 - № 2 - p. 142-150.
145. Kobayashi M., Kurosaki J., Kawai N. Working conditions for improving pure stretchability of sheet metals. The effect of punch profile. / Bull. JSME. v. 25. - № 208. - 1982 - p. 1631-1642.
146. Lankford W., Saibel E. Some Problems in Unstable Plastic Flow under Biaxial Tension. /Metal Technol. tech. publ. 2238. 1947.
147. Larsen В. Formability of sheet metal. / Sheet Metal Industries. 1977. - v. 55.-№ 10.-p. 971-977.
148. Marciniak Z. Stability of plastic shells under tension with kinematic Boundary conditions. / Archiwun mechaniky stosowanej. 1965. V. 17 - № 4.-s. 577-592.
149. Marciniak Z. Mechanika procesow tloczenia blach. / Panstuowe Wydawnictwa Naukowotechniczne. Warszawa. - 1061. - 140 s.
150. Marciniak Z. Odksztalcenia graniczne przyt loczeniu blach. / Wydawnictwa Naukowo-Techniczne-Warszawa. — 1971. 232 s.
151. Marciniak Z., Kuczynski K. Limit strains in the processes of stretch-forming sheet metal. // International Journal of Mechanical Science, vol. 9, 1967, p. 609-620.
152. Melander A. Comparison between Experimental and Theoretical Forming Limit Diagrams. / Stockholm. 1983. - v. 1. -p. 33-49.
153. Mellor P., Parmar A. Plasticity analysis of sheet metal forming. / Mech.Sheet Metal Forming Material Behav. And Deformation Anal. Proc. Symp. -Warren. Mich. -1977. -New York - London. - 1978. - p.53-74. -Discuss 74-77.
154. Michaelis E. The r and n test for every day testing in the sheet metal industry. / Sheet Metal Industries. October. - 1979. - v. 65. - № 10. - p. 936-941.
155. Моаров И .Я. Щампуемост на листовите метали. / Стандарта и качество. 1977. - т. 2. - № 9. - р. 32-34.
156. Muschenborn W. Einfluss des formanderungsweges auf die drenz formaderungen des feinglechs. / Archiv fur des Eisenhuttenwesen. 46. -1975.-№9.-p. 597-602.
157. Pearce R. Sheet Metal Industry, 1963, v40, № 433.
158. Percy J. The effect of strain rate on the forming limit diagram for sheet metal. / CIRP Annals. 1980.-v.29.-№ 1.-p. 131-132.
159. Richards P. Forming and drawing of sheet steel. / Sheet Metal Industries. -1981. v. 58. - № 10-11. - p. 784-790, 913-917.
160. Robert R. Irving. Stamping and forming quality takes charge. / IRON AGE. -January 17, 1986. - p. 40-44.
161. Sachs G., Lubach J. Failure of ductile Metals in tension. / Trans. ASME. -1946. V.68. - P.271.
162. Shang H., Chau L. Hydroforming sheet metal into axisymmetrical shells with draw-in of flange permitted. /Trans. ASME. -Journal of Eng. Ing. 1985.-v.107. - № 4. - p. 372-378.
163. Swift H. Plastic instability under plane stress. /Journ. Mech. And Phys. Of Solids. 1952,-v.l. -№ 1.
164. Thomas William K. Hydrowlic forming process and appratus. /Пат. 4459836.- США, опубл. 17.07.84. МКИ В21 D22/10, НКИ 72/61.
165. Weil N. Bursting Pressures and safety factors for thin walled vessels. /Jorn. Franklin. Inst. 1958. - v.265. - p. 97.
166. Weil N. Rupture Characteristics of Safety Diagrams. /J. Appl. Mech. 1959.- v.26. № 4. - p. 621.
167. Woo D. The analysis of axisymmetric forming of sheet metal and hydrostatic building process. / International Journ. Mech. Sci. 1964. - v. 6. - p. 303317.
168. Woo D. The Stretch-Forming Test. / The Engineer. 1965. - v. 220. - p. 876.
169. Wright I.C. Sheet Metal Industry, 1960, v38, № 413.
170. Yoshida K., Miyauchi K. Experimental studies of Material Behavior as related to sheet metal forming. / Inst, of Physical and Chemical Research «Scientific» 1978. - v. 72. - № 2. - p. 87-104.
-
Похожие работы
- Разработка двухкамерной установки для газовой листовой штамповки
- Разработка и исследование технологического процесса штамповки переводников с наружной резьбой
- Разработка методики проектирования технологических процессов гибки листовых деталей
- Технология холодного деформирования баллонов высокого давления
- Разработка процессов и методов проектирования листовой штамповки деталей из трубных заготовок