автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.05, диссертация на тему:Расчет и проектирование электроимпульсной листовой формовки деталей сложного контура на основе численного моделирования

Санкт-Петербургский государственный технически» университет

На правах рукописи

ХАНШ АМЕР. ХААФАР

РАСЧЕТ Я ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЗЛЕКТРОГИДРОИНПУЛЬСИОЙ ЛИСТОВОЙ ФОРМОВКИ ДЕТАЛЕЙ СЛОШГО КОНТУРА ЙА ОСНОВЕ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

Специальность 05.03.05 - процессы и машины обработка-

давлением

Автореферат диссертац^; на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 1996

Работа выполнена с Санкт-Петербургском государственном

ТОХННЧОСКОЦ уНИХ-- pCViTC'TC.

Нгучний ¿.уководитель: дснть,-, технических наук.

проу-ееор Б. А. Вагин

Ov-ü!4S!jJibHU2 оппоненты: доктор технических наук,

академик Академии транспорта, профессор Г. Н. Гаврклов

кандидат технических наук, доцент H.A. Баловников

Бодуцая организация - НПП "Завод им. В. Я. Климова"

(г. Санкт-Петербург)

Защита состоится " 199^ г. nj£ „¿соэ на

заседании диссертационного совета Я 063.3S.22 о Санкт-Петербургской госу;;?: ствснном техническом университете по адресу: 195251, Санкт-Иетсгоург. Политехническая ул., 29, лабораторно-аудиторныи корпус. K-iC-Дре "Масины и технология обработки металлов давлением".

С диссертацией мо.;но ознакомиться в Фундаментальной библиотеке университета.

Азтог-герат разослан " 6 " 199^ г.

Учега.и секретарь диссертационного cosotä. кандидат технических наук старший научный сотрудник

D.H. Егоров

РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ МЕКТРОГИДРОИМПУЛЬСНОЙ ЛИСТОВОЙ ФОРМОВКИ ДЕТАЛЕЙ СЛОЖНОГО КОНТУРА НА ОСНОВЕ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

■ ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее ^зремя в машиностроении ин- . тенсипно внедряются лазерная, импульсная и плазменная технологии, открывающие принципиально новые возможности для обработки материалов и создания эффективных технологических процессов, в той число и для мелкосерийного производства деталей из тонколистовых материалов. В полной мере это относится.к электрогидроим-пульсной (ЗГИ) штамповке, среди технологических операций которой широкое применение получила листовая формовка неосесимметрйчных деталей сложного контура. Электрогидроимпульсная формовка обеспечивает более высокие степени предельных деформаций и точностные характеристики штампуемых деталей по сравнению с квазистатической Формовкой подвижными средами. При этом ЭГИ формовка обладает всеми положительными свойствами штамповки подвижными, например, эластичными, средши по сравненж» со штамповкой в жестких инструментальных штампах: короткие сроки подготовки производства, низкие металлоемкость и трудоемкость изготовления технологически оснастки, а, следовательно, и низкая себестоимость продукции особенно в условиях опытного и мелкосерийного изготовления деталей машин общего и бытового назначения, авиакосмической техники, приборов, художественных изделий и т.д. -

Однако в настоящее время нет надежных методик расчета^кинематических характеристик и параметров напряженно-деформированного состояния (НДС), заготовки"особенно при импульсной, в том числе и при Злектрогидроимпульсной, формовке деталей со сложнымц контуром. Не обладая такими методиками, трудно назначить обоснованные режимы штамповки деталей, прогнозировать возможное разрушение заготоЪ'ки за счет локализации пластических деформаций из-за волнового характера деформирования, особенно на начальной . стадии процесса. Отсюда велика вероятность появления брака из-за разрушения заготовм! при практической реализации неверно спроектированного технологического процесса.

Поэтому данная диссертационная работа, посвященная преимущественно разработке расчетной модели высокоскоростного деформирования тонколистовой заготовки сложного контура и методики рас-

чета параметров и проектирования на ее основе технологических процессов ЭГИ формовки неейееймметручных деталей, а также практическому применению этой методики, представляется актуальной.

Цель работы. Разработка методики проектирования технологических процессов электроги^роимпульсной формовки деталей двухмерного в плане контура на основе математического моделирования процесса и использование этой методики на практике.

Научная новизна. Разработана математическая модель процесса высокоскоростного деформирования листовых деталей слошого контура под действием заданного давления, характерного для электро-гидроимпульсного нагружения, учитывающая волновые переходные процессы при формоизменении, сложный контур защемления, упругую разгрузку, динамическое упрочнение материала заготовки, и позволяющая определить кинематические характеристики и параметры напряженно-деформированного состояния в любой точке заготовки в течение всего времени ее деформирования.

Разработан алгоритм численного расчета для предложенной математической модели на основе неявной конечно-разностной схемы и специально созданного итерационного процесса решения систем нелинейных алгебраических уравнений с учетом их особенностей, позволивший получить-, гладкое и более точное по сравнению с явной разностной схемой решение по компонентам перемещений, скоростей и тензора логарифмических деформаций.

С использованием полученной расчетной модели предложена методика и произведена оценка влияния варьирования параметров аппроксимации и вида динамической кривой упрочнения материала заготовки на максимальное и среднее значения интенсивности тензора логарифмических деформаций, показавшая, что параметры динамической кривой упрочнения материала необходимо получать и задавать в зависимости от назначения расчета (конструкторский, технологический. в исследовательских целях и т.д.).

Разработана методика проектирования технологических процессов ЭГИ формовки деталей, сложного контура, позволяющая научно обоснованно назначать режимы штамповки, определять зоны возможной локализации и величины деформаций в них, прогноэиоозать при наличии диаграммы предельных деформаций материала заготовки появление брака и эксплуатационные характеристики штампуемых деталей.

На защиту выносятся: математическая модель процесса высокоскоростного деформирования листовых деталей сложного контура с

- э -

•четом большинства факторов, характеризующих реальный процесс; лгориты численной реализации данной _ подели на основе неявной :онечно-разностной схемы, дапщий требуемую степень монотонности .омпонент тензора деформаций; программная реализация данного ал-'оритма для ПК типа IBM PC. а также программная реализация трСх-юрной графической визуализации результатов численного решения; ютодика проведения и результаты математического эксперимента по -ценкс влияния различных видов аппроксимации динамической кривой прочнения на параметры НДС при численных расчетах параметров :сследуемого процесса; результаты экспериментальной проверки орректности разработанной математической модели; примеры расче-ов параметров НДС при импульсной формовке деталей сложного конура, а также оценка возможности локализации деформаций в усло-иях электрогидроимпульсного нагружения, рекомендации по выбору адиуса скругления острых выступов контура матрицы с целью синения локализации деформации в этих зонах; методика проектирова-:ия технологических процессов ЗГИ формовки деталей сложного конура; технологические процессы ЗГИ формовки конкретных произ-одственных деталей, разработанные с использование!.! предложенной етодики.

Практическая ценность работы. На основе предложенной рас-етной модели, опыта промышленной реализации ЗГИ штамповки раз-" аботана методика проектирования технологических процессов ЗГИ ормовки деталей сложного контура, включающая выбор формы и раз-еров заготовки, схемы ее нагружения и деформирования, расчет инематических и деформационных параметров с учетом локализации еформаций и выявления опасных с точки зрения возможного разру-ения заготовки зон, определение энергетических параметров про-есса. На основе численных расчетов выявлена локализация дефор-аций на выступающих углах сложного контура матриц, превышающая 2-10 раз средний уровень-деформаций. Установлено, что радиус круглений выступов на контуре матрицы должен быть более 2-4 олщин заготовки. Данная методика опробована при разработке тех-ологических процессов ЗГИ формовки двух промышленных деталей ложного профиля.

Публикация и апробация работы. Основное содержание диссер-ации отражено в трех печатных работах. Материалы работы доложе-ы на Российской научно-технической конференции "Перспективные ехнологические процессы обработки металлов" (С.-Петербург,1996 .), а также на научно-техническом семинаре кафедры "Машины и

технология обработки металл давление)!" Саь„?-Лотербургского государственного технического р:иь-рситета.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и списка литературы. Содержит 153 машинописных страницы текста, среди которых '3 рисунка, Ii таблиц.

Научным консультантом данной работы является д. т.н., профессор B.C. Мамутов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении обоснована актуальность рассматриваемой задачи, определены цель работы и основные положения, вынссим:е на защиту.

Работа является продолжением и дальнейшим развитием исследований в области импульсной штамповки, выполненных на кафедре " Машины и технология обработки металлов давлением" СЛбГТУ. Учтен опыт и результаты научных школ, созданных такими российскими-си зарубежными учеными как Антоненков 0. А., Анучин'!.'.. А.. Богоявленский H.H.. Борисович Б.К., ГавриловГ.Н., Горохович А.И.. Исаченков Е. И., Кузнецов Г. Л.. Мамутов В. С.. Наугольных К. А.. Пихтовников Р. В., Попов Е. А., Рой Н. А., Рябиннн А. Г., Чачин Б.Н., ШавровИ.А., Шамарин Ю.Е.. Щеглов Б. А.. Юткин Л. А., Р. Ко-ул, Н. Isroar, Y. Nakasawa, Н. Mull er, Н. Wolf, R. К ояг, Y. I made-и другие.

В первой главе определен предмет исследования - технологические процессы ш-:пульсной, в частности электрогидоонцпульсной , формовки деталей сложного контура из тонколистовых материалов. Анализ научно-технической литературы показал, что нмсщаеся расчетные модели и технологические рекомендации относятся в основном к технологии импульсной штамповки деталей простом ососиммст-ричной формы, либо деталей коробчатой формы при квазистатическо], нагружении заготовки. Немногочисленные математические модели, которые описывают процесс деформирования заготовки в двухмерно? постановке являются некорректными и использование их для построения методик расчета технологических параметров импульсной деталей сложных фор)-, может привести к погрешности, измеряемой десятками и сотнями процентов.

Одним из основных уравнений, используемых при математическом моделировании процессов импульсной штамповки является уравнение связи напряжения текучести с интенсивностью и скорость!

формации. характеризующее сопротивление металла' заготовки астическону деформирований. Несмотря на большое количество ра-т. выполненных в области исследования динамических характерис- • к материалов, сведения о них носят противоречивый характер. В хнологических расчетах процессов высокоскоростного дефорШфо-имя металлов широко используется интегральный показатель влияя скорости деформации на сопротивление металла пластическому Формированию - коэффициент динамичности. Однако, в имеющейся тературе отсутствует оценка погрешности, вносимой при этом в ; счеты. Отсутствует также и оценка погрешности в результате зличной аппроксимации дина?л!ческой кривой упрочнения. .

Исходя из этого были поставлены следующие задачи исследова-я: . ' ■

- разработать математическую модель высокоскоростного.фор-нзменения тонколистош^ заготовок произвольного контура с уче-ы двухиерности задач«. ' импульсного характера нагружения. вол-вых переходных процессов при деформировании, упругой разгрузки деформационного и скоростного упрочнения материала заготовки' ¡я определения параметров напряженно-деформированного состояния ех точек заготовки и произвольного момента ее деформирования;

- разработать и программно реализовать на ЭВМ конечно-рак» • стный алгоритм численного решения расчетной, задачи на осног-з-явкой разностной схему, обеспечивающий при заданной, степени одимости реле.чия' монотонность распределения компонент тензора Формаций и интенсивности; •

- разработать nporpai.ii.sy трехмерной графической визуализации •рм прогиба, компонент тензора деформаций и вектора скоростей 1чек заготовки;

- экспериментально по деформационным параметрам заготовки •сверить корректность разработанной расчетной модели; «

. - на примере расчета параметров Формовки деталей сложного «тура оценить возможность локализации деформаций на границах >нтура детали в зависимости от параметров? импульсной нагрузки;

- провести математический эксперимент по оценке влияния ха-¡ктеристик и вида динамической кривой упрочнения материала за->товки на параметры ее напряженно-деформированного состояния, в ютности на максимальную и среднюю интенсивность тензора лога-¡Фмических дефбрмаций:

- разработать рекомендации по выбору радиуса скругления ггрых углов контура рельефа матрицы с целью снижения локальных

деформации б опасных зона,'.;

- на основе разрабсга.'тной*»»тематической модели слое методику проектирования технологических проце-сог ЭГЛ Формовк! детален сложного контура.

Ео второй гласа представлена расчетная модель высокоскоростного формоизменения листовых деталей единого контура (нео-сесимметричных деталей) с учете:) двухнерноетк задачи (рис. 1). При постановке расчетной задачи приняты следующие дсг.ущениг Наиболее важным является допущение о но.гагнспносг:: дефориа-ционной'и гидродина;гсческой задач при ЭГИ орркепке е-аготовкн. Это связано с тем. что при их связном решении я с учете;', двухмерное™ деформационной задачи требуется решение трехмерной гидродинамической задачи, что в данной работе не представляется возможным. Давление, действующее , на заготовку задастся зависимостью, аппроксимирующей многочисленные экспериментальные данные по за!,юру давления с разрядной каморе, в том числе и с учета податливости загорски при се 'дефог.чнрепани;?:

Р -ЯР, ; (а/в)]:

где р0 - амплитуда, давления; Ёр- длительность фронта импульса; @ - характеристическое время.

Предполагается такче. что давление в текущий момент времен! равномерно действует по поверхности заготовки.

Заготовка считается безмоментнэй оболочке й. а се иатерши изотропен и несжимаем 0).

Кроме того, напряжение в направлении, перпендикулярной поверхности заготовки, имеет порядок величины действующего на заготовку давления и намного меньше напряжения текучести се материала. Поэтому величиной дачного напряжения пренебрегаем. С учо; том этого тензоры напряжений и логарифмических деформаций С для точек деформируемой заготовки имеют вид:

(2)

<3О

7{¡г» ъ, <%>2о ; Тс =

ООО

и полагаются симметричными ( 2/2 =£г// ¿¿2

Для исследуемой операции характерны волновые процессы в де формируемой заготовке, поэтому наряду с состоянием нагруженил е<

6 22.

О О -(б„+е£г)\

о о

точек учитывалось и состояние разгрузки:

где Е - 1.годуль продольной упругости материала заготовки; }) коэффициент.Пуассона; б0 - средняя деформация; ® - метрический тензор. о

На активной стадии деформирования ((/<% > 0, где <5^ - интенсивность тензора логарифмических деформаций) связь между тензорами напряжений и логарифмических деформаций задавалась определяющими соотношениями деформационной теории пластичности:

(4.1)

(4.2!

гг

(6с, 6с.)

0/2 •

где интенсивность тензора логарифмических деформаций ( ) скорости деформаций ( ) определялись соотношениями:

иг ; (5)

А — ^(йк- (6)

так как их тензоры полагались соосными и пропорциональными.

В качестве условия пластичности принималась гипотеза Губе-ра-Мизеса, а вид зависимости <о$ ((5С, <5^;) задавался степенной аппроксимацией кривой упрочнения материала;

6В - Ад (6£)3 в1 , (7)

где 3 и /77 - ¡параметры квазистатической кривой деформационного упрочнения; Функция динамического упрочнения:

Ка ~ (дсАсо) • гдс £¿0 - скорость

деформации при статических испытаниях. - коэффициент аппроксимации результатов динамических испытаний.

Рис. 1. Расчетная схема высокоскоростного деформирования двухмерной в плане безмоментной оболочки под действием импульсного давления: а - неподвижная система координа и связанные с ней орты; б - подвижная система координа и связанные с ней орты; в - система сил, действующих н элемент заготовки; г - схема деформаций; д - схема нал ряжений.

Движение заготовки при ее деформировании рассматривалось смешанной лагранжево-эйлеророй системе координат. Базис непо вижной (эйлеровой) системы координат (рис.^ 1) определялся тро кой ортонормированных векторов , , связанных соотв

тственно с координатами X, , 32г . • В плоскости заготов введены лагранжевы координаты и характеризующие полож ние точек недеформированной заготовки. С деформированной лагра «евой сеткой связана подвижная система координат (рис. 1.6), о ределяемая ортами 7С, ^ , .

Уравнена© дзижения •зап-гсячш гкес-т сид:

с(гг

Рса

['л Г ........

#

-г Г . *1

у,]

где вектор скорости

Г-

О О

-}

о

■ ■ ¡У г>

плотность- и начальная '?сязкна' натериг.? Связь ио»ду • компонентами. 7снгспэ лзгери&ягеесг« и вектора пера ¡сцений задавалась ■ ::

ШШШ;

ШШ'^ШШ1} >

Начальна»? условия задавались-кулешам по сксрсс

- »«»л!*

а по перемочен;^] п сиде:

¿-V ~ .Г ™ ^ ^

при гадгкпа граничные угяезий ст-:

мировак'.гя Оя^кцсосЛ часта С":Г0?С*;:'!?, кость точен-'гаготезки на'кроик?« игагфат Ш> л .. перешеек*.!?! и ^зрзллельност& яссягсяьноЛ г.:::/ ОХ*для случав плсспсстас.О (II). Дгл г.;

условия гадазалиса з зийс: ■

= ЗГ/Р л

П

■■ !'"•

■а Ш случая II:

*

боошашОст (3-14) определяют смешанную задачу ттематичес-кой физики для уравнений в частных производных гипсрбо^ическогс типа. Для* численного решения данной задачи был спроектирован конечно-разностный алгоритм. Решение осуществлялось в компонента* вектора скоростей. Исходные дифференциальные уравнения (8) заменялись разностными соотношениями при помощи разностного оператора Ч » 1.2.3: ^

1 - 2.3.....П -1; ^ « 2.3.....П -1. Здесь Щ, и Х^ - разностные аналоги компонент вектора скоростей и перемещений, ц - номер проекции уравнения ееиксния ($) на оси эйлеровой системы координат; 1.,}-номера узлов лагранжезей сетки, к-номер временного слоя; шаг интегрирования по времени»

Компоненты вектора перемещения на к+1 временном слое определялись интегрированием компонент вектора скорпсти:

Начальные условия определяли первые временные слои.

Таким образом на каждом временном шаге получались три системы q ■= 1.2.3 нелинейных уравнений, относительно и . содержание л,неизвестных (15Ы16). Для решения этих сиезяу ¡был разработан алгоритм, 'являющийся некоторой моЛи-фин^адией методов Зеадс?» и ИЫотона-РаФОона. Решение осуществля-s^ocb последовательно для каждой из систри уравнений (q - 1,2,3). Начальное приближение задавалось из рейЫия задачи по явной разностной схеме, когда разностный оператор Lq брался на к временном слое. Затем организовывалась итерационная процедура Ныото-на-Рафсона в продольном направлении' для трех пространственных

JC*f

L-y ; ч - j'2,3 (i6)

злоев в поперечном направлении. Это позволяло использовать для решения Случаемой при линеаризации задачи системы линейных сравнений известную процедуру правой прогонки. После нескольких •ггераций осуществлялось смещение на один слой в поперечном нап-эавлении и т.д. После прохода,в поперечном направлении осущест-элялся проход в. продольной направлении и так цо тех пор. пока даксимальная погрешность не превышала заданного значения.

Данный алгоритм был реализован в виде программы на языке Гурбо Паскаль версии 7. Также была реализована специальная прог-)амма графической визуализздйи результатов расчетов, состыкован-¡ая с предыдущей программой. Расчеты осуществлялись на ЭВМ тип V 486DX. -

На рис.2 представлен пример расчета прогиба точек заготовки

( Xj. ¿Са) для двух моментов времени деформирования, интенсивности деформаций &L ( vCjf}. компонент £¿2, и£<г •ензора логарифмических деформаций для t / te - 0,302, Параметры !римера расчета (J> *8400 кг/м'*, В »1518 МПа. m - 0,33, у '0,3, ! -20-10"4 МПа. Lmln»20i.fl.i, 1лах-40мм, ft»- 0, 8/fm. p =32МПа, & -50 мке, tp -20мкс) подобраны так, чтобы проиллюстрировать сложить физических явлений, характеризующих данный процесс: волно-иле процессы о начальный момент деформирования (t/te- 0,178) определяют форму прогиба заготовки и локализацию деформаций вблизи :онтура защемления заготовки; о конце процесса деформирования лияние волновых процессов умсньвается (t/t»— 0,302) и характер [сформирования становится близкий к киазистатическому; в случае [Сформирования заготовки в матрицу простого контура сдвиговая «Формация достаточно мала <рис.2.8 ) по сравнению с норралькы-и компонентами тензора деформаций; начиная с некоторого момента корость точек на церефирийной области меняет знак на противопо-южный знаку скорости в центре заготовки - за счет разгрузка роисходит перераспределение энергии ^сформируемой систедо.

В ходе численных расчётов применялась и явная разностная хема. При этом график функции ХЗШ.Х2) получается достаточно ладкий, а на графиках деформаций имеют место сильные осцилляции еточных вода, что указывает на необходимость использования при исленном решении такого класса задач неявной разностной схемы.

Для того, чтобы получить больаую информацию о параметрах сформирования заготовки и, учитывая сложность формы контура атрицы, была разработана программа графической иллюстрации рехмерньк результатов расчетов, позволяющая рассматривать расп-

Рис.2. .Пример, ргочгуа перемещений ХЗШ.52), интенсивности С1 Ш.т м компонент ШД2) и ¿'^ Ш,Х2> тензора логсряфанческик деформаций, & модуля ско-роогн УШ,Х2} и компоненты \'2(7Л,}'2) вектор® скорости.

ределение расчетных параметров под любым углом зрения, в тем числе в изометрической и диметр:¡ческой проекциях, представлять изображения па сечениям.

В третьей гласе представлены результаты экспериментальной проверки адекватности полученной расчетной модели реальному процессу. Проверка проводилась по деформационным параметрам ( средняя и максимальная толщинные дефор{ йи? при элсктрогидроимпуль-сной Формовке детали в виде прямсуг^-даной коробки из коррозионно-стойкой стали 12Х18Н10Т. Деформации в опытах определялись по методу сеток. Одновременно с выполнение!.« формовки заготовки вблизи нее измерялось давление в разрядной камере с помощью пьезоэлектрического датчика. Параметры давления и характеристики материала заготовки являлись исходными данными для численного счета с использованием разработанной математической модели. Сравнение результатов э^йериментов и расчетных величин толщин-ных деформаций показываем, что их средние значения разнятся на 11-15/!, а максимальные - на 121. Это свидетельствует о том, что полученная расчетная модель пригодна для практического использования при проектировании технологии ЗГИ формовки сложных деталей.

В данной главе приведены также методика и результаты математического эксперимента по оценке влияния вида аппроксимации динамической кривой упрочнения материала заготовки на результаты численных расчетов. Было проведено три серии математического эксперимента: оценка ошибки в расчете деформационных параметров вследствие замены функции Кд(£;) на интегральный коэффициент динамичности Кд; оценка влияния параметров аппроксимации', кривой деформационного упрочнения материала одной и той же марки на основе опытных данных разных авторов; оценка влияния параметров аппроксимации кривой деформационного упрочнения при разных конечных деформациях отрезка аппрокси»1ации кривой упрочнения. В качество выходных параметров при расчетах во всех трех случаях использовались средние и максимальные значения интенсивности тензора деформаций.

В результате,математического эксперимента установлено, что:

- задание в расчете скоростного упрочнения материала интегральным коэффициентом Кд практически не приводит к ошибке в определении средней величины деформаций, а при определении максимальных значений деформаций ошибка может достигать (3-650:

- задание в расчетной модели коэффициентов аппроксимации

- и -

кривой упрочнения для одного и того же матер'иапа (латунь Л63) н; основе опытных данных раз^чных исследователей приводит к изменению средних и максимальных значений интенсивности деформаций I пределах 20-30%:

- при аппроксимации кривой упрочнения одного и того же материала, например латуни ЛбЗ, на участках с разными конечным; значениями интенсивности деформаций от 0,15 до 0,7 (при этом показатель упрочнения ш изменялся на 20а) вариация максимальной I средней интенсивности тензора деформаций при импульсном деформировании заготовки составляет всего лишь 2-37.

В четвертой главе изложена методика проектирования технологических процессов электрогидроимпульсной формовки деталей сложной формы. Непосредственной разработке технологических процессе* предшествует анализ номенклатуры аистовых деталей. Даны рекомендации по выбору наиболее предпочтительных Формы, размеров деталей и отдельных их элементов, которые целесообразно поручат! электрогидроимпульсной формовкой, рассмотрены двенадцать'технологических схем нагружения и деформирования заготовок при их ЗП формовке, позволяющих интенсифицировать процесс, получить деташ за меньшее число переходов, более высокой точности.

Основу проектирования технологии ЗГИ Формовки составляв предложенная расчетная модель, позволяющая определить прогиб заготовки, компоненты тензора деформаций и вектора скорости каждо! точки деформируемой заготовки. Это дает возможность назначит! оптимальные режимы штамповки, а при наличии диаграммы предельны: деформаций материала заготовки прогнозировать возможность разрушения заготовки, назначить количество переходов и, при необходимости, промежуточных отжигов, а также косвенно определить эксплуатационные характеристики отштампованных деталей.

Возможности расчетной части методики продемонстрированы пр; разработке технологических процессов ЗГИ формовки деталей сложней формы "мембрана" и "орнамент". Как правило, импульсная формовка деталей сложной формы идет за несколько нагружений (разрядов) или за несколько технологических переходов. Особое значена имеет выбор параметров первого импульса давления на заготовку. Расчетная модель позволяет выявить опасные зоны заготовки с точ ки зрения локализации деформаций, выбрать для их устранения оп тимальные параметры как первого, так и последующих разрядов. Н; рис. 3 показаны эпюры распределения прогибов и интенсивности де формаций в различные моменты времени импульсного деформирован«.

Рис.3. Результаты расчета прогиба ХЗ / I и интенсивности деформаций при формовке детали "орнамент" импульсом давления, близким к оптимальному.

детали "орнамент" из латун,] Л68 толщиной Ь0- и, 5 ш при нагруае-нии заготовки импульсом давл&ия, бл^ким к оптимальному (р0 « 12.5 МПа, Ь ' 300 мне. Ц, - 150 икс).

Расчеты показали также сильную локализацию деформаций вблизи острых углов (выступов) контура матрицы, когда- деформации могут превышать средний уровень в 2-3 раза. Установлено, что закругление острых углов радиусом, равным (2-3)h0, приводит к значительному снижению деформаций в^ этих опасных зонах.

Приведены примера определения энергии заряда конденсаторной батареи при выполнении -операций ЗГИ формовки на типовых ЗГИ прессах ПЗГ-25. Т1220, Т1223 с использованием зависимости, связывающей давление в разрядных каюрах и энергоемкость конденсаторной батареи, необходимую для создания этого давления, V*

Разработанные технологические ¿процессы приняты к использованию на предприятиях г. Санкт-Петербурга.

. РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1.. Разработана расчетная модель высокоскоростного формоизменения двухмерной оболочки произвольного контура под дейстзием заданного давления, учитывающая волновые переходные процессы при деформировании, сложный контур защемления, упругую разгрузку, динамическое упрочнение ее материала, и позволяющая определить параметры напряженно-деформированного состояния, компоненты векторов перемещения и скорости в любой точке заготовки и в любой момент времени деформирования,

2. Разработан алгоритм численной реализации расчетной модели на основе неявной разностной схемы и специально созданного итерационного процесса решения систем нелинейных уравнений, позволивший получить Гладкое решение по компонентам векторов перемещения, скорости и тензора логарифмических деформаций. Установлено, что применение явной разностной схемы при построении алгоритма численного решения данной задачи не может обеспечить монотонности распределения компонент и интенсивности тензора логарифмических деформаций.

3. Разработана программа графической визуализации трехмерных результатов расчетов в виде изометрической и диметрической проекций, изображений под любым углом зрения, а также различных сечений заготовки с распределением в них компонент тензора логарифмических деформаций, векторов перемещений и скорости, что

делает удобным применение расчетной модели при проектировании технологических процессов.

4. Анализ результатов численных расчетов с использованием предложенной модели на примере деталей сложного контуру показал, что в условиях ЭГИ Формовки при определенных соотношениях размеров заготовки, характеристиках материалов и параметрах нагрузки за счет волновых процессов в начальной стадии формоизменения возможна локапизация деформаций зблиз?! кромок матрицы, превышающая средний уровень деформаций на десятки-сотни процентов, что может являться причиной брака детали за счет разрушения.

5. На основе численных расчетов показана возможность локализации (превышение среднего уровня в 2-10 раз) на местах выступов сложного рельефа матрицы. Установлено, что радиус скругления выступов не должен быть менее 2-4 толщин заготовки.

6. Сравнение экспериментальных л расчетных данных по величинам средней и максимальной толщинной деформации при импульсной Формовке коробчатых деталей показало их расхождение для средней величины толщинной деформации на 11-157, для максимальных значений толщинных деформаций - на 127.

7. Оценка влияния параметров и вида кривой упрочнения материала заготовки на результаты расчета -максимальной и средней интенсивности тензора логарифмических деформаций показала, что:

- задание при расчете параметров аппроксимации кривой упрочнения одного и того же материала на основе опытных ■ дамы;;', различных авторов приводит к вариации максимальной и средней интенсивности тензора деформаций в пределах (20-30)7;

- при аппроксимации одной и той же кривой упрочнения, материала на участках с конечными значениями интенсивности деформаций, равными от 0,15 до 0,7, что приводит к испенению показателя упрочнения на 207. вариация максимальной и средней интенсивности деформаций при импульсной формовке заготовки составляет всего' лишь (2-3)7;

- задание в расчетной модели скоростного упрочнения металла заготовки в виде интегрального коэффициента (коэффициента динамичности) практически не приводит к ошибке в определении средней по заготовке деформации, а при определении максимальной деформации ошибка достигает (3-6)%.

Все это дает основание задавать вид аппроксимации кривой динамического упрочнения в зависимости от назначения расчета (технологический, конструкторский, в исследовательских целях и

о

ДР-). J

• 8. На основе разработанной {^счетной модели, оксперимсн тальных исследований процесса и опыта ЭГИ штамповки детале сложной формы, предложена методика проектирования технологичес ких процессов ЭГИ формовки листовых деталей сложного контура позволяющая определить область рационального использования ЭГ формовки при анализе номенклатуры деталей, выбрать заготовку схему ее нагружения, определить режимы штамповки, оценить ресур пластичности материала детали.

9. Определен класс листовых деталей сложной формы, для рас чета технологических параметров штамповки которых возможно ис пользование разработанной математической модели.

10. С использованием предложенной расчетной' методики спро ектирована технология электрогигроимпульсной формовки промышлон ных деталей "мембрана" и "орнамент".

Основные пЬложения диссертации опубликованы в работах:

1. Проектирование и интенсификация технологии элоктрогидро импульсной формовки сложных в плане деталей из листовых загото вок/В. А. Вагин. „.Б. С. Мамутов, А. Ж. Ханкан//Перспективные техно логические процессы обработки материалов: Тез. докл. Российско н.-т, конф.-СПб: СПбГТУ, 1995. С. 97-98.

2. Выбор вида аппроксимации кривой деформационного улрочне ния металла при расчете процессов ОМД/А.В. Мамутов. А. К. Ханкан/ Прогрессивные конструкции и технологии в машиностроении: Сб. на учных тр. студентов и аспирантов, N 7. - СПб: СПбГТУ, 1996. С 39-41.

3. Расчет высокоскоростного формоизменения сложных в план листовых заготовок/ A.B. Мамутов. Д.В. Смотраков, А.К. Ханкан/ СПбГТУ, 1996. -20 с. Деп. во ВНШГ.; - ■: