автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Разработка ресурсосберегающих технологий листовой штамповки методами математического и физического моделирования формообразующих операций

МАТИ - РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. К.Э. ЦИОЛКОВСКОГО

РГВ од

ч |"> лгМ На правах рукописи

У 0 ь.:.

ЧУ.МАДИН АНАТОЛИЙ СЕМЕНОВИЧ

РАЗРАБОТКА РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ ЛИСТОВОЙ ШТАМПОВКИ .МЕТОДАМИ МАТЕМАТИЧЕСКОГО И ФИЗИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ФОРМООБРАЗУЮЩИХ ОПЕРАЦИЙ

Специальность 05.16.05 " Обработка металлов давлением"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва 1997 г.

Работа выполнена на кафедре "Технология производства летательных аппаратов" МАТИ - Российского государственного технологического университета им. К.Э. Циолковского.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор МАНУЙЛОВ В.Ф.

доктор технических наук, профессор МАТВЕЕВ А.Д.

доктор технических наук, профессор ГАВРИЛИН В.Д.

Ведущее предприятие - Комсомольское-на-Амуре авиационное

производственное объединение (КнААПО).

Защита состоится " 6 " октября 1997 г. в 15.00 часов на заседании

Диссертационного Совета Д 063.56.01 МАТИ имени

К.Э.Циолковского по адресу: 125351 г. Москва, ул. Оршанская, 3.

Приглашаем принять участие в обсуждении диссертации или прислать отзыв в двух экземплярах, заверенных печатью, по адресу: 103767 г. Москва, ул. Петровка, 27, МАТИ им. К.Э.Циолковского.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МАТИ.

Автореферат разослан "/2 1997 г.

Ученый секретарь Диссертационного Совета

профессор, д.т.н. Ершов В.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Методами листовой штамповки изготавливается ог 60 до 98% изделий машиностроения. Удельный вес деталей, получаемых штамповкой, составляет в приборостроении 70-75%. в автомобилестроении и производстве сельскохозяйственной техники 60-75%, в самолетостроении 75-80%, з производстве бытовых приборов 95-98%. При этом трудоемкость заготови-телыю-штамповочного производства, как правило, не велика и составляет, например, в самолетостроении 10-12%, остальное приходится на изготовление деталей другими методами, сборку, монтаж и испытания узлов, отсеков, агрегатов и изделия в целом.

Однако в зависимости от объекта и серийности производства объем технологической подготовки производства может быть достаточно большим. Так, для серийного производства среднего самолета необходимо разработать десятки тысяч технологических процессов изготовления деталей, спроектировать и изготовить 2,5-3,0 тысячи инструментальных штампов, 2,0-2,5 тысячи свинцозо-пинковых штампов, 3,5-4,0 тысячи формблоков, несколько сот обтяжных пуансонов и другой технологической оснастки.

Установлено, что 20-40% листового металла теряется уже только при разработке технологического процесса.

На выбор методов и средств листовой штамповки большое влияние оказывают свойства материала, вид заготовки-полуфабриката, форма получаемой детали и программы выпуска изделий. Несмотря на многочисленные исследования процессов листовой штамповки и вековой опыт промышленного применения, разработать оптимальный вариант технологического процесса изготовления конкретной детали представляет и в наше время достаточно сложную задачу. Это приводит к большим объемам экспериментальных и доводочных работ по корректировке технологии штамповки на этапе серийного производства.

Поэтому проблема повышения производительности труда и сбережения материальных, трудовых, интеллектуальных и иных ресурсов не только в производстве, но и па этапе его технологической подготовки является актуальной.

Эта проблема может быть решена путем разработки ресурсосберегающих технологий, где под термином "ресурсосберегающие технологии" понимают собрание законов, путей и способов, определяющих количественно-обоснованный выбор и построение технологических процессов и операций, обеспечивающих изготовление деталей при наименьших затратах труда. Разработка научно-обоснованных путей и способов создания ресурсосберегающих технологий включает в себя большой круг теоретических, экспериментальных, технологических и компыотерно-программых задач. К таким задачам, в первую очередь, относятся разработка более полных и точных математических моделей операций и разработка новых способов листовой штамповки.

Целью диссертационной работы является изучение закономерностей пластического деформирования в операциях листовой штамповки путем математического и физического моделирования, разработка рациональных методов расчета, создание и исследование новых способов листовой штамповки деталей для обеспечения ресурсосбережения как на этапах технологической подготовки производства, так и на стадии серийного производства.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

- проведены теоретические исследования процессов листовой пнампопки и определены методы решения поставленных задач;

- разработаны обобщенные математические модели осесимметричного деформирования тонкостенных оболочек;

- разработаны частные математические модели гибки одно- и многослойных листовых заготовок;

- разработаны математические модели предельного деформирования листового материала;

- разработаны комплексные математические модели, позволяющие производить расчет как напряженно-деформированного состояния, так и предельного деформирования листовых заготовок;

- созданы компьютерные модели расчета оптимальных технологических параметров ведения ряда процессов;

- разработаны новые эффективные способы деформирования и способы интенсификации традиционных процессов;

- проведены экспериментальные исследования традиционных и новых способов деформирования тонкостенных полуфабрикатов.

Методы исследования, использовавшиеся в работе:

- исторический анализ развития технологии листовой штамповки;

- теоретический анализ процессов листовой штамповки с использованием основных положений теории пластичности;

- численные методы интегрирования дифференциальных уравнений и базовые принципы передачи и обработки информации;

- экспериментальные методы исследования на образцах и натурных заготовках тонколистового материала.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- разработаны новые математические модели и методы расчета напряжсн-но-деформированного состояния в процессах листовой штамповки. Полученные модели являются более общими, точными п полными, чем известные ранее;

,- разработана новая математическая модель предельного деформирования по моменту локализации деформации. Впервые осуществлены расчеты предельного деформирования листового металла в условиях гидростатического давления и в режиме сверхпластического деформирования;

• - разработаны комплексные математические модели, обеспечивающие одновременно расчеты напряженно-деформированного состояния и предельного деформирования тонкостенных полуфабрикатов.

- обоснована структура алгоритмов и программ для автоматизированного (компьютерного) моделирования операций листовой штамповки;

- предложены и исследованы теоретически и экспериментально ,пути и варианты интенсификации процессов листовой штамповки, обеспечивающие ресурсосбережение.

.......В совокупности перечисленные научные разработки представляют собой

методы создания ресурсосберегающих технологий в процессах листовой штамповки. - : ,

Достоверность полученных результатов подтверждается обоснованностью принятых допущений, обоснованностью методов расчета и мрделиррвания. а также успешной реализацией разработанной технологии в пр^мышлелном производстве. • • ",•(., ;•}•!, • , _ ■ -

Эффективность разработанных методов создания ресурсосберегающих технологий подтверждается комплексом новых технических решений ( которые были признаны изобретениями), дающими технический и экономический эффект.

Корректность математических и компьютерных моделей подтверждается их тестированием по результатам экспериментальных работ автора, литературных источников и их практическим использованием в 14 учебных, научных и промышленных организациях России.

Практическое значение работы заключается в следующем: - разработаны ресурсосберегающие способы деформирования листовых полуфабрикатов, обеспечивающие снижение трудоемкости изготовления, повышение коэффициента использования материала и получения деталей с новым комплексом свойств;

- разработаны компьютерные модели для автоматизированного расчета оптимальных технологических параметров в операциях листовой штамповки с учетом интенсифицирующих факторов, которые могут быть использованы на всех стадиях проектирования и освоения новых технологических процессов в промышленном производстве.

- получены выражения для расчета предельного деформирования заготовок в условиях интенсификации процессов листовой штамповки;

В целом практическая ценность работы состоит в сокращении сроков технологической подготовки производства и в ресурсосбережении как на этапе технологической подготовки, так и на этапе опытного и серийного производства изделий.

Апробация работы .Основные результаты работы были доложены соискателем и обсуждались в следующих организациях:

Год Организация_Наименование конференции.семинара и т.п.

1984 КАИ Всесоюзная конференция "Механизация и

им.А.Н.Туполева автоматизация процессов формообразования и упрочнения тонкостенных деталей"

1984 МВТУ Семинар "Прикладная теория пластичности им. Н.Э.Баумана и ползучести" (Рук. H.H. Малинин)

1985 МДНТП Семинар "Достижение а области штамповки

жидкостными и эластичными средами" (Рук.Е.И.Исаченков)

1985- МАТИим. Конференция МУ и С МАТИ

1986 К.Э.Циолковского

1986 МДНТП Семинар "Прогрессивные технологические

процессы" (Рук.Е.И.Исаченков)

1988 МАТИ им. 20-я научно-техническая конференция

К.Э.Циолковскою МАТИ

1988 Фрунзенский политех.инст.

Всесоюзная конференция "Прогрессивные методы формообразования деталей"

1989 Будапештский Семинар "Расчеты предельного формоизмене-техн.универс. ния листового маюриала'ЧРук.И.Арпшгср)

1991 МДНТП

Ссмннар "Лисювая и горячая объемная штамповка" (Рук.К.И.Исаченков)

1992 МВТУ

им. Н.Э.Баумана

Семинар "Прикладная (сория пластичности и ползучести" (Рук.В.Л.Данилов)

1993- МАТИ им. Семинар "Техноло! ня изготовления деталей

1995 К.Э.Циолковскою летательных аппараюв" (Рук.В.И.Ершов)

1996 МАМН

Семинар "Техноло! ия листовой шгамповкг" (Рук.А.Д. Матвеев)

1997 МАТИ им.

Всероссийская конференция "Новые \iaiepii-

К.Э.Циолковского алы и технологии'

Публикации. Содержание диссертации опубликовано в 85 работах, в юм числе в 32-х статьях, 1-ом справочнике, 6-и учебных и методических пособиях, в 3-х тезисах докладов, в 2-х научно-технических отчегах и в описаниях 41-1 о изобретения.

Личный вклад соискателя в разработку проблемы.

Все основные научные положения, связанные с теоретическими исследованиями процессов листовой штамповки (включая расчеты напряженно-деформированного состояний и предельного формоизменения), с методами математического и компьютерного моделирования операций штамповки разработаны соискателем лично. Им же проведена большая часть экспериментальных исследований. Также соискатель лично программировал и оглаживал исходные версии компьютерных программ.

Вместе с тем, соискатель считает своим долгом выразить благодарность коллегам - сотрудникам МАТИ, работавших с ним по данной тематике: В.И. Ершову, О.В. Попову, М.Ф. Каширину, А.Д. Ковалеву, А.Г. Пашкевичу за советы и замечания, которые способствовали началу н завершению представляемой работы и программисту С.Г. Бутырину за помощь в графическом оформлении компьютерных программ.

Структура и объем диссертации . Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и материалов приложений.

Работа изложена на 230 страницах машинописною текста, содержит 156 рисунков, 21 таблицу, список литературы из 231 наименования и приложения на 98 страницах, всего 419 страниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе проанализированы существующие способы изтоювлсния деталей методами листовой штамповки, способы интенсификации традиционных процессов и методы расчета формообразующих операции.

Анализ литературных источников свидетельствует. что иссле юванию формообразующих операции листовой штамповки посвящено большое количество работ отечественных и зарубежных ученых и специалистов.

Вопросы теории пластичности и обработки металлов давлением рассмотрены в работах A.A. Ильюшина. В.В. Соколовского, H.H. Малинина, А.Д. Том-ленова, М.В. Сторожева, Е.А. Попова, Г.А. Смирнова-Аляева, Е.П. Унксова. В.Л. Колмогорова, Е.И. Исаченкова, В.Д. Головлева, М.Н. Горбунова, М.И. Лысова, В.И. Ершова, О.В. Попова, А.Д. Матвеева, Г.Д. Деля, А.Г. Овчинникова, Ю.М. Арышенскою, Ф.В. Гречникова, С.И. Вдовина, И.М. Закирова, Ю.А. Аверкиева, Р. Хилла, Г. Закса, У. Джонсона, П. Мейлора, П. Бриджмена, В. Бекофена, 3. Марчиняка к других.

Наиболее изученными являются традиционные процессы листовой штамповки: обжим и раздача труб, вытяжка, формовка, отбортсвка и гибка листовых заготовок. Известны многочисленные способы их осуществления и устройства для их реализации.

Исследования технологии изготовления деталей в операциях раздачи и обжима трубчатых заготовок жестким инструментом приведены в работах С.С. Со-ловцова, Ю.А. Аверкиева, М.Н. Горбунова, О.В. Попова, В.И. Глазкова, А.Г. Пашкевича, А.Д. Ковалева, A.B. Орехова, И.И. Казакевича и др.

Операции гибки листовых и профильных заютовок анализировалась E.H. Мошниным, М.И. Лысовым, И.П. Ренне, М.Н. Горбуновым, В.И. Ершовым. А.Г. Ершовым, И.М. Закировым. М.Ю. Одиноковым, К.А. Макаровым и др.

Процесс вытяжки в жестких штампах исследовался В.П. Романовским. В.Ф. Катковым, Е.С. Сизовым, Э.Л. Мельниковым, М.Н. Горбуновым, А.Д. Матвеевым, Е.И. Исаченковым, В.В. Уваровым, Ф.В. Гречниковым и др.

Исследования операций формовки даны в работах Е.И. Исаченкова, К.II. Богоявленского, В.И. Ершова, А.Г. Пашкевича, A.B. Орехова. Л.В. Архангельской и др.

Процесс отбортовки рассматривался в работах Е.И. Попова, В.П. Романовского, Е.И. Исаченкова, И.К. Парахина. А.Г. Пашкевича, Н.Ю. Каратаевой и др.

Расчеты напряженно-деформированною состояния в традиционных процессах штамповки осуществляются обычно "инженерным методом", который наиболее полно изложен в работах Е.А. Попова . Концепция метода состоит в том, что поле напряжений в заготовке должно удовлетворять уравнению равновесия, приближенному условию пластичности и граничным условиям, но необязательно удовлетворять кинематическим условиям задачи. В результате решения определяется напряженное состояние, а затем, используя связь между напряжениями и деформациями, рассчитывается деформированное состояние. Этот метод может быть использован только в расчетах тех операций, где известны граничные условия по напряжениям в листовой заготовке и при условии монотон*. ного протекания процесса деформации.

Среди других способов и шсгического деформирования к операциям листовой штамповки часто относя! процессы локального деформирования: процессы ротационной вытяжки конусообразных оболочек, ротационного обжима и раздачи труб.

Теория и технология процесса ротационной вытяжки рассмотрена в работах С. Колпакчиоглу, М.А. Гредигора, В.Ф. Баркая, JI.Г. Юдина, С.П. Яковлева и Др.

Операции ротационного обжима и раздачи труб менее исследованы. Из небольшого числа работ можно отметить работы В.Г. Коионспко, М.А. Гредитора, В.И. Ершова, К.Н. Богоявленского.

К относительно новым технологиям листовой штамповки относятся процессы получения утолщений на кромках листов, труб и профилем. Исследование этого вопроса рассмотрено в работах О.В. Попова, М.Н. Горбунова, В.И. Ершова, С.А. Жаркова и др.

В процессах локального деформирования расчеты напряженно-деформированного состояния и силовых параметров процесса осуществляют обычно с помощью энергетических методов: метода баланса работ, метода верхней оценки и вариационных методов расчета, основанных на принципах минимума полной энергии деформирования.

Рассмотренные выше традиционные формообразующие операции листовой штамповки все в меньшей степени удовлетворяют как требованиям заютови-тельно-штамповочного производства, так и требованиям конструкции изделия главным образом из-за низкого коэффициента использования материала и низких степеней предельного формоизменения в конкретном процессе. Для повышения эффективности традиционных технологий используют гак называемую "интенсификацию", под которой понимают такое дополнительное воздействие на заготовку в процессе ее деформирования, которое приводит к достижению поставленной цели.

Известны методы прямой и косвенной интенсификации. К первым относиi-ся температурная, силовая, скоростная, электроимпульсная и другие интенсификации. Косвенные способы интенсификации связаны как правило со специальной подготовкой заготовки-полуфабриката и могут включать в себя структурные изменения полуфабриката, изменения механических свойств или оптимизацию формы заготовки.

Наибольший эффект достигается сочетанием в одном процессе различных способов интенсификации.

Разработанные.способы температурно-силовой интенсификации и возможности их эффективного использования в процессах обжима и раздачи груб изложены в работах М.Н. Горбунова, В.И. Ершова, О.В. Попова, В.И. Глазкова, М.Ф. Каширина и других исследователей.

Температурно-скоростная интенсификация (режим сзерхпластичности), исследованная в работах O.A. Кайбышева, О.М. Смирнова, А.Г. Пашкевича, A.B. Орехова, Н.Ю. Каратаевой и других, нашла применение в интенсификации процессов формовки, реже в операциях отбортовки и раздачи.

В качестве косвенного метода интенсификации можно привести пример, заключающийся в создании рациональной анизотропии свойств в листовых заготовках. Использование таких заготовок в операциях гибки, формовки, вытяжки и в других операциях рассмотрены в работах Ю.М. Арышгнского, В.Ф. Гречнико-ва, В.Ю. Арышенского, В.В. Шевелева, С.П. Яковлева и других.

Другим способом интенсификации можно считать использование в качестве деформирующей среды давление жидкости, газа или эластомера. Возможности штамповки с управлением силами трения, давления передающей среды рассмотрены Е.И. Исаченковым, А.Д. Комаровым, В.И. Ершовым и другими исследователями.

Интенсифицированные операции листовой штамповки повышают коэффициент использования материала, снижают трудоемкость изготовления детали, дают возможность получать детали с новым комплексом свойств.

Расчеты интенсифицированных процессов осуществляют известными, указанными выше методами, включая один из современных численных методов расчета - метод конечных элементов. /

Существующие методы расчета формообразующих операций листовой штамповки в традиционных и интенсифицированных процессах обработки можно разделить на две группы: методы нижней и методы верхней оценок.

К методам нижней оценок относятся: инженерный метод, метод баланса работ и вариационный метод, основанный на принципе минимума дополнительной потенциальной энергии.

К методам верхней оценки отпоет ■<: метод линий скольжения, метод конечных элементов и вариационный MeTi i, основанный на принципе минимума полной энергии /сформирования.

Методы верхней оценки дают завышенную, а методы нижней оценки-занмженную величину энергии в системе "инструмент-заготовка". Точное решение возможно только в том случае, если удов.ч >ряготся все условия задачи: статичегкие, кинематические, граничные, условия равновесия и пластичности, г.е. осуществляемся совместное решение исходной системы уравнений.

Расче1ы напряженно формированного состояния интенсифицированных прои- ссов emt не pajpaöoTaiibi до требуемого уровня. Это связано с тем, что в конкретной операции тот или иной метод интенсификации может приводить к изм°не1.ию схемы напряженного состояния, к изменению граничных условий, к изменению степени монотоннности процесса деформации и т.д. Это приводит к тому, что существующий ( до интенсификации процесса,) метод расчета технологической операции или не учитывает интенсифицирующие факторы, или дает недопустимо высокую погрешность расчета, или не может быть использован вовсе.

Известные методы расчета предельного деформирования листовых заготовок можно разделить на энергетические, кинематические и ресурсные.

Энергетические методы,, разработанные Т. Заксом, Д. Лубаном. Г.Свифтом, Р. Хиллом, В.Д. Головлевым, Г.Д. Дел'ем, H.H. Малининым и другими, основаны на использовании критерия положительности добавочных нагрузок или критерия положительности работ добавочных нагрузок. Они предсказывают момент образования "рассеянной шейки" и определяют несущую способность заготовки.

Кинематические методы, разработанные 3. Марчиняком, К. Кужинским, А.Д. Матвеевым, А. Нидлеманом, A.C. Корхоненом и другими, дают возможность предсказать образования на заготовке "локализованной шейки", возникновение которой непосредственно предшествует последующему разрушению материала.

Ресурсные методы, разработанные B.J1. Колмогоровым и развитые в работах В.А. Огородникова, JI.M. Абрамова, А.Г. Капитонова и других, основаны на

использовании той или иной модели запаса или "ресурса" н гастичносш. Эш методы требует известного количества технологических проб.

В результате анализа существующих способов изготовления деталей и методов расчета формообразующих операций листовой штамповки усыновлено, что известные способы штамповки не всегда являются оптимальными с точки зрения экономии материала, трудоемкости изготовления детали и возможности достижения больших степеней формообразования. Известные методы расчета напряженно-деформированно! о состояния и предельного формоизменения являются, как правило, приближенными и не в полной мере учитывают разнообразие технологических факторов в процессе штамповки. Известные способы интенсификации традиционных процессов листовой штамповки не в полной мере исследованы, не определены предельные возможности способа интенсификации в конкретном процессе. Методы расчета интенсифицированных и новых процессов листовой штамповки не совершенны или вообще отсутствуют.

В конечном итоге разработка оптимального вариаша техноло! ичсско! о процесса листовой штамповки представляет собой в настоящее время лостаючпо сложную и трудоемкую задачу из-за нерешенности как теоретических, так и технологических проблем, связанных с учетом и влиянием различных технологических факторов на процесс деформации.

В результате проведенных исследований были сформулированы цели и поставлены вышеприведенные задачи.

Во второй ишве проведены теоретические исследования традиционных п интенсифицированных операций листовой штамповки с учетом многообразия технологических факторов, действующих в реальном процессе плаа ическо! о деформирования.

Разработана математически точная модель осесимметричною деформирования тонкостенных полуфабрикатов, предназначенная для расчетов напряженно-деформированного состояния и технологических параметров в операциях раздачи и обжима труб, вытяжки, формовки и от бортовки листовою материала.

Модель получена в результате совместного решения уравнения равновесия из безмоментной теории оболочек, энергетического условия пластчноси. уравнения связи напряжений и малых деформаций, условия постоянства объема при пластическом деформировании, уравнения состояния ма!сриала заюювки и геометрических соотношений между заготовкой и деталью. Решение осущсс!-влено в виде дифференциального распределения толщины пенки получаемой детали:

РО", йо"» , _ , 1ВГ аг 1 , Д \а

- сг, -I- а 2 + _ I -о

з

(й хи ф ' О \рп > япа 8

■=-------------------------------------------, (!)

ар р С ( сг2

О V цп

Б

где --; А = -- ;

8/«тае (Т|

Д е

1

В =

(К,

1- ■ ) + « _ Г, _ 1 У

р ^ Рим а; Рс Ур \iPii ) ар V РмРгх) Ар

V ип!

Аез Ае2------

Рп' Рп

[ 1

С =

я I

РмРгх

- Де2 -Рп>

Ь.£Л Рп

Ргх

Рп

1 '

<т1 = ±

]

Х = -

Х| 1 -2А+аГ Рп Рп)

ЗРпР21{1 -- Р1)

°2 = ±

1

<ЙА2

1 -. А -------2А +

/'21 >"12

к

или

или

с* =(о"то+п^ОехР[?/(1-4о)] > или а, = Кв + К1£П.

Здесь а|, Ст2, стз, - главные нормальные напряжения, соответственно меридиональные, окружные и по толщине оболочки; Де|, Лез, Дез - приращения линейных деформаций, соответственно меридиональных, окружных и по толщине стенки; р, Б - текущие значения радиуса и толщины стенки оболочки-детали; рс, 5с - текущие значения радиуса и толщины стенки оболочки-заготовки; Г - коэффициент трения заготовки о поверхность инструмента; цп , Р21 , (л - показатели анизотропии; с^ - напряжение текучести; а10, П, Ко, К, К] - константы материала; п, ш - показатели деформационного и скоростного упрочнения материала заготовки; у - температурный коэффициент; I , 1о - температура нагрева материала при пластическом деформировании и температура проведения механических испытаний; Е] - интенсивность деформаций; Ей, - накопленная интенсивность деформаций за период времени т ; ё, - интенсивность скорости деформации.

Решение (!) осуществляется методами численного интегрирования. В работе использовались методы Эйлера и Адамса. Шаг интегрирования выбирался в пределах 1/500-1/1000 от максимального размера оболочки. Погрешность в расчете толшинь: стенки получаемой детали не превышала 2-3"о.

Одновременно с расчетом толщины стенки по уравнению (1) рассчитываются деформации м напряжения.

Полученная модель учитывает геометрические особенности полуфабриката (форму заготовки, распределение толщины), анизотропию свойств исходной заготовки, изменение механических свойств по длине, деформационное и скоростное упрочнение или разупрочнение материала от нагрева.

Разработанные методы расчета напряженно-деформированного состояния с использованием модели (1) позволяют учесть нестационарность очага деформации и внешней нагрузки, немонотонность деформирования, изменение граничных условий, условий контактного трения и других факторов в процессе формоизменения.

Это достигается путем разбиения процесса деформирования на временные этапы (рис. 1). Решая (1) определяют напряженно-деформированное состояние промежуточной детали, которая является заготовкой для расчета последующей формы и т.д.

Рис. 1. Последовательность деформирования оболочки: а) - заготовка, б) - ее последующая форма через период времени Дт.

Граничные условия й, , И. для решения (1) определяются в той части заготовки, где из условий формоизменения известна величина меридиональных напряжений ст[ по формуле:

з о-;/<г5

Б, = в,

И,

2^4-3 (а\1ав

(2)

Если граничные условия не известны, то их определяют последовательно, приближая первоначально заданные условия к фактическим, при которых обычно выполняется, ряд дополнительных условий: постоянство объема материала в очаге деформации, заданное перемещение заготовки в очаг деформации и другие условия, имеющиеся в каждом конкретном процессе листовой штамповки.

В качестве примера возможностей использования модели (1) на рис.2 приведены расчеты различных процессов деформирования: процесса раздачи трубы 028x1 мм из алюминиевого сплава АМгбМ в стационарном очаге деформации с нагревом материала ( кривая 1), процесса раздачи той же грубы в нестационарном очаге деформации (кривая 2), процесса гидроформовки листовой заготовки из меди М1 толщиной 0,75 мм в "окно" матрицы 082 мм при жесткой заделке фланца заготовки (кривая 3) и при утяжке фланца заготовки в очаг деформации 10

(кривая 4) и процесса раздачи средней части трубы 0 50x1,5 мм из материала АМгбМ в "холодном" состоянии.

Рис. 2. Распределение толщины стенки 8 / получаемой детали по

текущему радиусу Яо /р, • о ■ а. - экспериментальные точки.

На рис. 3 и рис. 4 приведены расчеты процесса гидроформовки из трансвер-сально изотропной заготовки и процесса пневмотермической формовки заготовки в режиме свехпластического деформирования; на рис. 5 - расчеты процесса обжима трубчатой заготовки с переменной толщиной стенки в полусферическую матрицу.

Из рис. 2 - 5 видно что разработанная модель может быть использована для расчетов различных процессов осесимметричного деформирования.

С использованием разработанной модели (1) могут решены не толь-ко"прямые", но и "обратные" задачи пластического деформирования, что значительно увеличивает область поиска оптимального технического решения (рис. 6).

В частных случаях решение (1) может быть приведено к аналитическому виду. Так, например, условием получении равнотолщинной конической детали методом раздачи из равнотолщинной трубчатой заготовки будет выражение:

которое совпадает с известными решениями. •

Разработана новая модель процесса гибки одно- и многослойных заготовок как из металлических, так и из разнотипных материалов (рис. 7). Исходными являются уравнение равновесия элемента заготовки в очаге деформации, условие пластичности, уравнения связи напряжений И деформаций и аппроксимирующие

зависимости механических свойств материала слоя. Расчет осуществляется в предположении гипотезы плоских сечений.

Рис. 3. Распределение толщины стенки детали при ее предельной высоте Ь в зависимости от показателей анизотропии (п=0,3; гго=30 мм, 8с= 1.0 мм):

1 - Ц| = Ц12 = Й21 = 0,5 ( Ь=16мм );

2 - = ии = Ц21 = 0,4 ( Ь=17мм );

3 - Ц| = ни = Ц2) = 0,3 ( Ь=18,2мм).

Я. МПа

Рис. 4. Требуемый характер изменения давления q по ходу процесс при получении полусферы ( Гт^ЗО мм, 8С=1,0 мм , АМгбМ, т=0,36+20 (ё1 - 0,0005)): 1,2- расчеты по приближенным зависимостям; 3 - расчет по уравнению (1).

Рис. 5. Распределение толщины стенки при получении сферообразной детали обжимом трубы с переменной толщиной стенки (Ко = 200Па, К = 500 МПа, п = 0,3, у =-0.006, /=0,1):

1 - «Юс / <ШС = 0;

2 - аЭс / dHc = 0,045.

Рис. 6. Распределение толщины стенки заготовки при получении равнотолщинной детали при раздаче ( П/стто = 3,3; у = - 0,007 ; 1тах/ и.п = 0,5; КР = 0,5).

Оси ортотропии

М

Рис: 7. Схема гибки ортотропных полос в условиях сложного нагружения.

Уравнение равновесия приводится к виду:

dOp _а0-ар dp р

где аи - окружные напряжения; стр - радиальные напряжения; р - текущий радиус.

Момент внутренних сил относительно срединной поверхности заготовки рассчитывается по формуле:

где рСр - срединная поверхность заготовки; Z - ширина 3ai отовки: R„ Rt- -соответственно наружный (выпуклый) и внутренний (аогну п.н'п радиусы заготовки.

Величина тангенциального усилия равна:

Моделирование процессов гибки осуществляется следующим образом.

Задается ориентировочная величина окружной деформации на наружной поверхности заготовки и известная величина сжимающего радиального давления. Определяются деформации и интенсивность деформации. Осуществляется расчет (4) через шаг интегрирования Др. Определяется напряжение ор. По уравнениям связи напряжений и деформаций методами итераций определяются напряжения Сто и с,.

Если проведенный расчет не обеспечивает требуемые значения М или Рн. его снова повторяют, изменяя начальные условия.

Величину упругой деформации после снятия нагрузки определяют аналогичным образом в предположении упругой разгрузки, обеспечивая М- 0 и Р» = 0.

При гибке в условиях немонотонной деформации процесс деформирования также разбивают на несколько временных этапов, считая процесс деформирования монотонным на каждом этапе.

В качестве примера возможностей моделирования интенсифицированных процессов гибки на рис. 8 приведены расчеты окружных деформации при гибке момент* т пятислойного металлополимерного композиционного материала, состоящего из сплава Д16чАТ толщиной 0,73 мм и органопластика толщиной

(5)

(6)

0,2 мм. На рис. 9 лай расчет утла пружинекия детали из материала Д16АМ в зависимости от интенсифицирующих факторов: величин окружной и радиальной нагрузок.

Рис.Распределение окружных относительных деформаций по толщине

пятнелойной заготовки из МПКМ при шоке изгибающим моментом:

- - теоретическая прямая:

» - экспериментальные точки:

'I I. ..'71 - слой из алюминиевого сплава Д16чАТ и органопластика соогвсгстснно .

Рассмотренные примеры убедительно показывают, что разработанные модели осесимм'гтричпого деформирования и гибки листовых заготовок являются более общими и полными, чем ранее известные: они учитывают реальные факторы как в традиционных, так и в интенсифицированных процессах и хорошо подтверждаются результатами экспериментальных исследований. Кроме того разработанные модели дают возможность решать обратные задачи листовой штамповки, что увеличивает область поиска оптимального технического решения.

Далее з работе на основе полученных математических моделей приводятся расчеты технологических параметров новых способов листовой штамповки: расчеты I еометрических параметров заготовок при их равномерном упрочнении, расчеты оптимального распределения толщины стенки и механических свойств материала трубчатой заготовки при получении равнотолщинных конических деталей, расчеть! режимов силовой интенсификации при огборговке и получении утолщений на кромках отверстий, а также частные расчеты силовых парамегров в процессах локального деформирования трус.

/Рт

Рис. 9. Зависимость угла пружинения Дер при гибке заготовки на угол 90° от окружной силы Р / Рт и сжатия по толщине стенки о'(1 / от.

Разработка математической модели предельного деформирования основана на использовании нового критерия локализации деформации, математическая запись которого имеет вид:

.ЁЁ. с1Н

• ± ос

(7)

где ёБ - изменение толщины стенки листовой заготовки по ее длине Н в направлении действия растягивающих напряжений.

Задача решена применительно к пластическому деформированию листовых ортотропных заготовок с переменной толщиной стенки <18с / ¿Нс или с переменными механическими свойствами по длине в условиях гидростатического давления ч (рис. 10). Процесс деформирования в общем случае немонотонный.

Совместное решение 11 уравнений относительно критерия локализации имеет вид:

(й (1Н

°А + В(Т! 7/ +

____й___>± х

Б

+ охО.Т?

р

где

В =

С =

яА^2 -- + ЬДг2 1 (1 + а)

ах) (1Н

-(1 + а)Аг3 - аДг2]

аЛг-2 ' + ЬДг-2(1 + а) ~ 8 §

1 -

[-(1 + а)д^3-аА£2]

а = —--1;Ь = —-1; /'12 <«21

Ъ=о,-<72- Ь(ст3 -о-,)-Х*г* -

(ЬД£2 - А£3) 1

X =

-(1 + а)Д£'з - аДг2

У« _ о"з |(1 + л)Ае\ + яА£2Ае3 - аЛг2Ь- (1 + а)А£$А£гЪ\ с, |-(1 + а)А£3 - ЛА£-$

Z = сг, - а2 ~ а(ет2 ~ сгз)'

а2 = -У

АЕ-.

1

^21

- 1 I А£Х - А£3

. у _ (/"12 ~ 2/^12^21 +А21Х1 + //1).

Аеъ-

И\2

А£,

+ а3; У =

3(1 - ^12^21 X1 _ )

Расчеты по уравнению (8) применительно к деформированию реальных металлов и сплавов в обычных условиях приведены на рис. 11. Здесь же приведены известные кривые предельных деформаций.

В зависимости от характера изменения напряжения текучести (деформационное или скоростное упрочнение и т.п.) выражение (8) может быть окончательно преобразовано для расчета момента локализации деформации в конкретном пропессе штамповки.

Из рис. 11 видно, что предлагаемый критерий предсказывает момент локализации деформации в более широком диапазоне, чем теория Марчиняка -Кужинекого (М-К теория). Кроме того, с использованием (8) получено новое решение по величине предельной монотонной деформации для равнотолщинных заготовок, которое не было известно ранее.

1

а)

б)

Рис.10. Последовательность деформирования заготовки и принятые обозначения начальной формы (а) и последующей формы (б) через период времени Дт:

-Е, 0,9 0.8 0.7 0.6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 е.

Рис. 11. Кривые предельных деформаций в зоне А заготовки:

-*-*— - момент образования рассеянной шейки в зонах А и В:'

--- момент локализации деформации в зоне В по (8);

--; - кривая предельной монотонной деформации для равно-

толщинных заготовок по (8);

--------кривые локализации деформации по М-К теории;

-(й1—ф—<а>— - момент локализации по Хиллу. о - экспериментальные точки, медь М1 ( V - разноголщинность).

Расчеты (8) применительно к штамповке в условиях сжимающего гидростатического давления даны на рис. 12.

-Б, 0,4 0,3 0,2 0.1 О 0,1 0,2 0,3 0.4 0,5 0.6 0,7 с.

Рис. 12. Кривые предельной деформации в зоне А заготовки в зависимости от гидростатического давления:

-- момент локализации деформации в зоне В;

—1*-- - момент образования рассеянной шейки по критерию положительности добавочных нагрузок в направлении наибольшего удлинения;

-—---1 - кривые предельной монотонной деформации для равно-

толщинных заготовок при давлениях

а/ = -0.25 и V = -0.5 соответственно; /ст5 /а5

о д о - экспериментальные точки , медь М1.

Из рис. 12 следует, чго чем больше доля сжимающих напряжений, тем выше пластичность металла во всем исследуемом диапазоне соотношения главных линейных деформаций.

Для анизотропных заютовок кривые локализации деформации приведены на рис. 13.

ег 0,4 0,3 0,2 0,1 О 0,1 0.2 0.3 0.4 0 5 0,6 0,7 е, Рис. 13. Кривые предельной деформации для ортотропных за1 оювок:

1-ц, = ц12 = ц21 =0,5

2-Р-1 =Ц]2 = М-21 =°>3 ц, =0,5

3-|ц|2 =0,3 Ц21 =0,4

Предельные деформации при штамповке в режиме сверхпластичности, рассчитанные по выражению (8) равны:

е1=е1= 0,166 + 0,5(п + т) + 0,5Р^ 1п(£-);

£1 = п + т + ¥'е1 1п(£-);

£Х = 0,333 + (п + т) + ^ 1п(г!);

Е\ ~ ~£1 = + + т) + 0,5Р£-, 1п(гг •).

(9) (Ю) (11) (12)

Здесь Р - тангенс угла наклона касательной к диаграмме гг.-Ё,; ' - безразмерная скорость деформации, I ¿¡о.

Полученные решения по предельному деформированию листовых полуфабрикатов являются новыми и дают возможность вести расчеты как традиционных, так и интенсифицированных процессов. Погрешность в расчетах предельных деформаций лежит обычно в пределах 10 - 12 % и не превышает 20%.

В третьей главе рассматриваются вопросы автоматизации расчетов процессов листовой штамповки с использованием разработанных математических моделей (компьютерное моделирование).

Проведенный анализ показывает, что удачные во всех отношениях математические модели процессов листовой штамповки обычно известны только узкому кругу лиц и требуют больших затрат времени на проведение расчетов. Это существенно ограничивает их использование в технологических отделах НИИ, КБ и машиностроительных заводов, где они могли бы эффективно способствовать внедрению новых ресурсосберегающих технологий.

Этот существенный недостаток можно устранить если абстрактные математические зависимости дополнить недостающим конкретным содержанием реального процесса штамповки, т.е. создать так называемую компьютерную модель технологической операции.

Для этого необходимо:

- автоматизировать расчеты, связанные с использованием как простых, так и достаточно сложных математических выражений, записанных, например, в дифференциально-интегральном виде;

- упростить процедуру ввода-вывода цифровой и графической информации;

- разработать статическую и кинематическую схемы процесса штамповки, создающих псевдореальное изображение процесса деформации на экране дисплея;

- создать головной монитор, обеспечивающий связь и управление отдельными блоками программ и т.д.

В работе эти задачи были решены с использованием элементов объектно-ориентированного подхода.

Разработанные компьютерные модели состоят из 6 независимых блоков подпрограмм, связанных головным монитором:

- блока ввода и коррекции исходной цифровой информации;

- статической схемы технологической операции;

- расчетной части;

- кинематической схемы процесса деформирования;

- банка данных по механическим свойствам заготовок-полуфабрикатов;

- блока вывода цифровой и графической информации.

Пример фрагментов графического оформления компьютерной модели, предназначенной для моделирования процесса обжима концевой части трубы переменной толщины в условиях температурной интенсификации приведен на рис! 14.

Разработанные компьютерные модели для расчетов оптимальных технологических параметров в процессах раздачи и обжима концевых участков труб, раскатки и ротационного обжима длинномерных труб и компьютерная модель предельного деформирования внедрены в 3-х учебных и 2-х научно-исследовательских организациях. Работа с ними не требует специальной подготовки. Расчет того или иного варианта осуществления технологической операции длится 5-10 сек. Такое же время необходимо для подготовки к расчеп. Это подчеркивает высокую производительность компьютерного моделирования и. соответственно, сушсавенное снижение средств, времени и дру1 и\ ресурсов на выбор оптимально! о варианта технологии.

нмк&ш :

:г«0ицс ы«т(~1«». (м :

»««огойли, йа :

кратм Л*|«хи, . л> ни

: То>*до» стлнш«, £» к«к : »Й

.Течвшй ьромг-ь 5л «1» : 1 м

;(мвп цлмамо, Н» : *•> ИМ им

Ы1» Г ».■н .т *е

¡Тытммччрм нмупк. : •с

а)

¡.ЯдГвриАЛ М««|ивми ¡рлзине и*т)мдмм« йя

}Р«дице зыигито&ки* Яз

|Р*Зиуе кромки Й«тлли, ;Т<мт«|инА стенка, &» {Том««««* кромки, £л »1п :виойт* ^ичшия, ил

{Тммгичмтырм иа»в*6*» }Т«МПЙ9атцр* моадий 11,

|К»ффицим*«г цмтик

11 ?«их«»т Г? | | ВыуоД Р18 ]

:хУ ii~LlL.ir.lLi.uu: 1/« ьг-иги

•Л.ВМ мм "' т'.т йи '■¿й'.ш* **

.....Э.МГ ми

' 1 Льй' МИ " ММ

2Se.ee аС

б)

Кл*ериал мгого&ии ! ЯП^И .]

Яп ' г>а',*й ММ

Р*0ицс й.» • г*».») ИИ

Рлдмис кромки Овтвли» Вхр 2Я.М ми

Тилчмм« стпики, Бэ мх ИИ

Тот*»»» кромки» Лэ мм

высота мтоивмия« |<а ад.и». ИМ

Теигшрмхдо* »»лрлЛв, г*! г» • -¿<м .«в •с

«««рева* "С

К^^чцци» тремия в.1

Гп^^'гГ]

ягггд^ШШЙ ИИГ'1и¥Ц ИИ

В)

Ыси.чл : 'хгпль к*;

э<«»отивии ! 47.ЭД I

та

Рис. 14. Фрагменты компьютерной модели:

а - исходные данные, б - промежуточные результаты, в - окончательный результат.

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследований (физическое моделирование) элементов и операций листовой штамповки.

Механические свойства тонколистовых заготовок-полуфабрикатов являются важнейшими характеристиками материала, которые используются в теоретических расчетах. Их определяли традиционными методами по результатам испытаний образцов на одноосное и двухосное растяжения, а также по результатам испытаний на сдвиг и двухосное сжатие.

Для испытаний на сдвиг было разработано специальное устройство, обеспечивающее условия "чистого" сдвига в области больших пластических деформаций, при непрерывной записи силовых параметров сдвига в зависимости от степени деформации образца. Схема устройства приведена на рис. 15.

Рис.15.Устройство для испытания на сдвиг листовых материалов: 1 - корпус; 2, 6 - сжимающие звенья; 3 - криволинейные пазы;

4 - образец; 5 - растягивающее звено; 7 - палец.

Для испытания на двухосное неравномерное сжатие был сконструирован специальный штамп (рис. 16), обеспечивающий деформирование сколь угодно гонких листоьых образцов в стационарном очаге деформации с записью усилия деформирования в зависимости от хода пуансона.

Рис.16. Схема деформирования при испытаниях тонколистовых заготовок на неравномерное сжатие:

1 - пуансон; 2 - корпус с пазами; 3 - опора; 4 - пакет заготовок.

В результате проведенных испытаний были уточнены ме*анические свойства исследуемых материалов и получены новые, неизвестные ранее резуль-

тэты по предельному деформированию материалов в условиях "чистого" сдвига и неравномерного сжатия в области больших пластических деформаций.

Приведены результаты физического моделирования некоторых технологических операций: формовки и гибки листового материала, раздачи и обжима труб, ротационных методов обработки (ротационной вытяжки конусообразных оболочек, раскатки, обжима), получения утолщений на кромках листов, труб и профилей.

Экспериментальные исследования проводились на алюминиевых сплавах типа АМгЗМ, АМгбМ, АМцМ, В95АТ, Д16Т, сталях - Сталь 10, Сталь Ст.З, 12Х18Н10Т, титановом сплаве ОТ4-1, меди - М1, сплаве Си2п37 и других материалах.

Деформирование осуществлялось по традиционной схеме (обычно вхолодную), и в условиях интенсификации процесса ( с нагревом материала, с дополнительным нагружением заготовки и т.д.).

Целью проведенных экспериментальных работ было установление адекватности математических моделей, а также экспериментальное подтверждение новых идей и технологий.

Экспериментально установлено, что погрешность в расчетах деформаций в традиционных и интенсифицированных процессах штамповки с использованием разработанных математических моделей не превышает 10-15%, погрешность в расчетах напряжений и силовых параметров процесса обычно не более 15-20%. Погрешность в расчетах предельных деформаций составляет до 20%. Приведенные данные говорят о том, что разработанные математические и компьютерные модели листовой штамповки адекватно отражают реальные закономерности процессов пластического деформирования металлов и сплавов.

Проведены экспериментальные исследования новых способов деформирования:

- процесса раздачи трубчатой заготовки с переменной толщиной стенки и переменными прочностными свойствами по длине для изготовления равнотол-щинных конических деталей (рис. 17);

- процесса обжима трубчатой заготовки с переменной толщиной стенки для изготовления равнотолщинных шаров-баллонов (рис. 18);

- процесса отбортовки в условиях гидростатического сжатия (рис. 19);

- процесса раскатки концевого участка длинномерных сварных труб (рис. 20);

- процесса ротационного обжима концевого участка длинномерных труб (рис.21);

- процесса высадки с образованием дна у трубчатых деталей (рис. 22);

- процесса набора утолщений на кромке отверстия в листовом материале (рис. 23);

- процесса ротационной вытяжки конусообразных деталей с переменной толщиной стенки из гофрированных заготовок (рис. 24) и других.

Проведенные исследования показали эффективность новых схем деформирования в части достижения больших предельных деформаций и экономии материала.

а) 6)

Рис. 17. Схема изготовления равнотолщинных конических деталей из предварительно профилированных и упрочненных заготовок (авт.свид. № 1465152): 1 - заготовка; 2 - пуансон; 3 - нагреватели; а) - заготовка, б) - схема процесса раздачи.

1 ! 1 1 1 ь

г,-

р>

У

к у

5Г=5.,

а) б)

Рис. 18. Схема изготовления равнотолщинных шаров-баллонов путем использования заготовок переменной толщины ( авт.свид. № 1537342): 1- заготовка; 2 - матрица; 3- деталь; а) - форма заготовки; б) - схема процесса обжима.

Рис. 19. Схема процесса отбортовки пугем раздачи отверстия передающей

давление средой ( авт. свид. № 1155327 ): 1 - заготовка; 2 - передающая давление среда; 3 - прижим; 4 - пуансон; 5 - деталь; 6 - матрица.

Рис. 20. Схема процесса раскатки концевого участка грубы ( положительное решение по заявке № 94025163): 1 - заготовка; 2 - оправка; 3 - давильный ролик; 4 - очаг деформации.

ой

>

аЛ

Подача ЛИ мм / об

— 3 Ч

Р

Рис. 21. Схема ротационного обжима труб ( положительное решение по заявке №94041538): 1 - заготовка; 2 - оправка; 3 - ролик.

( авт.свид. № 984581): I - матрица; 2 - вкладыш; 3 - толкатель; 4 - тонкос1енная трубчатая заготовка; 5 - деформируемое кольцо.

прижим; 5 - нагреватели; 6 - среда; 7 - толкатель.

Рис. 24. Ротационная вытяжка с нарушением закона "синуса" ( патент РФ № 1169256 ): 1 - оправка; 2 - ролик; 3- заготовка, 4 - деталь.

В пятой главе приводятся результаты научно-учебного и опытно-промышленного использования математического, компьютерного и физического моделирований технологических операций листовой штамповки.

Опыт использования результатов исследования на 14 предприятиях и организациях России показывает, что разработанные математические модели, программы расчетов, компьютерные модели и новые эффективные способы деформирования листовых полуфабрикатов повышают производительность труда, уменьшают трудоемкость изготовления деталей, повышают коэффициент использования материала, уменьшают трудоемкость ручных и доводочных работ, т.е. обеспечивают ресурсосбережение как в производстве, так и на этапе технологической подготовки производства.

Экономический эффект от внедрения компьютерных программ, методов расчета и новых технологических процессов составил в настоящее время более 1,0 млн.рублей ( в ценах до 1991 года).

В материалах Приложений приводятся программы расчета напряженно-деформированного состояния в различных процессах листовой штамповки, программы расчета оптимальных режимов деформирования, даны фрагменты компьютерных моделей и технико-экономические акты внедрения.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

В работе путем математического и физического моделирования проведено теоретическое и экспериментальное изучение закономерностей пластического деформирования в операциях листовой штамповки для решения одной из важнейших проблем современного машиностроения, связанной с разработкой рациональных методов расчета и созданием новых способов листовой штамповки деталей, обеспечивающих ресурсосбережение как на этапах технологической подготовки, так и на стадии серийного производства.

1. Математическое моделирование операций листовой штамповки позволило установить новые закономерности пластического деформирования тонкостенных полуфабрикатов и решить ряд новых задач, связанных с расчетами технологических параметров в процессах листовой штамповки:

- разработаны математические более полные и точные модели процессов осссимметричного деформирования, учитывающие многообразие факторов, действующих на заготовку в процессе штамповки, включая факторы силовой, температурной и скоростной интенсификации и их комбинаций, что значительно расширило поиск оптимального решения в конкретной операции.

- разработаны рациональные методы расчета технологических параметров при осесимметричном деформировании тонкостенных оболочек и гибке листовых заготовок, заключающиеся в использовании одной и той же математической модели для расчета как прямых, так и обратных задач листовой штамповки в условиях действия интенсифицирующих факторов; показано влияние немонотонности деформации на выбор того или иного метода расчета.

- разработаны модели и рациональные методы расчета предельною деформирования заготовок в процессах листовой штамповки по моменту локализации деформации с учетом реальных факторов, действующих на заготовку в процессе штамповки.

- впервые разработаны комплексные математические модели, рассчитывающие как напряженно-деформированное состояние заготовки, так и ее предельное формоизменение; впервые определены предельные возможности штам-

гювки в условиях гидростатического давления и в режиме сверхпластического деформирования.

- проведенными расчетами количественно обоснованы перспективные направления интенсификации традиционных процессов, связанные с созданием дополнительных сжимающих напряжений на заготовку, включая "историю" деформирования, и с оптимизацией формы и механических свойств неходкой заготовки.

2 Разработанные компьютерные модели и программы для численных и аналитических расчетов исследуемых процессов листовой штамповки позволили значительно сократить трудоемкость расчетных работ, время выбора оптимального варианта технологической операции и повысить качество разрабатываемых технических решений.

3. Физическое моделирование операций листовой штамповки позволило установить неизвестные ранее закономерности пластического деформирования и разработать новые ресурсосберегающие способы листовой штамповки:

- установлено, что разработанные математические модели адекватно отражают физические закономерности реальных процессов штамповки. Погрешность в расчетах деформаций не превышает, как правило, 10-15%, в расчетах напряжений - не более 15+20%.

- получены новые механические характеристики ряда материалов в результате испытаний листовых заготовок на чистых сдвиг и на сдвиг при неравномерном сжатии. Установлено, что при чистом сдвиге предельная интенсивность деформации на 40*50% больше, чем при одноосном растяжении, а при сдвиге неравномерным сжатием - больше в 4+5 раз; внешнее гидростатическое давление повышает предельные возможности деформирования во всем диапазоне схем деформированною состоянии: при давлениях около 0,25 предельные деформации возрастают на 40*50%

- подтверждено, полученное расчетом, эффективное направление интенсификации процессов листовой штамповки, связанное с созданием заготовки рациональной формы и заданным распределением механических свойств; разработанный на этой основе новый способ раздачи труб позволил получить равиотол-щинные конические детали с перепадом диаметров 1 : 3. Разработанная технология ротационной вытяжки с нетто н.зованием гофрированных заготовок позволила увеличить возможности управления то минной сгенкн получаемой детали в 2-3 раза.

- проведены жеперимента.тытые исследования новых процессов: отборюв-кн и утолщения кромок отверепш в листовом материале в условиях силовой интенсификации, которые >че.!и|!|т.и! возможности формоизменения с 2-2,5 раза и обеспечили изготовление ряда деталей в "холодном" состоянии. Разработанная техполотия локального деформирования концевых участков длинномерных труб и новые способы ннамповки-сварки опкоаснпы). полуфабрикатов подтвердили возможность значительного расширения области предельного формоизменения в результате благоприятной схемы н:н рчжения заготовки.

- в результате эксперимента.мых работ установлено, чго разработанные новые способы листовой штамповки путем оптимизации технологических параметров обработки повышают предельные возможности формоизменения заготовки в 2-3 и более раз, что в конечном и юте приводит к существенному ресурсосбережению.

4. Научно-учсоное и опытно-промышленное использование результатов математическою, компьютерного и физического моделирований операций дис-

товой штамповки в 14 организациях и предприятиях России привело к существенному ресурсосбережению и к настоящему времени принесло эффект, более чем в 1,0 млн.рублей в ценах до 1991 года.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В

СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Чумадин A.C. Глазков В.И. Предельные возможности получения рав-нотолщинных деталей раздачей трубчатых заготовок с подпором. "Известия ВУЗов.Машиностроение",.N23, 1984, с.131-136.

2. Чумадин A.C., Ершов В.И., Глазков В.И. Об одном из путей равномерного упрочнения тонкостенных осесимметричных ободочек. "Известия ВУЗов. Авиационная техника", №4, 1984, с.84-89.

3. Ершов В.И., Ковалев А.Д., Чумадин A.C. К определению шносптс.п.но-го поперечного сужения деформированных плоских образцов. "Заводская лаборатория". №12. 1984, с.66-67.

4. Чумадин A.C., Ершов В.И., Глазков В.И. К расчету напряжечо-деформированного состояния при раздаче труб в условиях темнерагурно-силовой интенсификации. "Известия ВУЗов.Машиностроение", №6, 1985, с.81-86.

5. Чумадин A.C., Ершов В.И., Глазков В.И. Расширение технолог ических возможностей процесса раздачи труб с осевым подпором кромки заготовки эластичной средой. "Достижения в области штамповки эластичными и жидкостными средами". Материалы семинара, М., МДНТП, 1985, с.143-147.

6. Чумадин A.C., Глазков В.И. Условия получения равнотолщинных деталей раздачей средней части трубчатых заготовок эластичным пуансоном. Депонировано в ВИМИ. №Д06501, 1985,6 с.

7. Чумадин A.C. Расчет утонения стенки при раздаче средней части трубы давлением жидкости или газа. "Известия ВУЗов.Авиационная техника", №4, 1985, с.76-72.

8. Ершов В.И., Чумадин A.C., Яцюк О.И. Распределение толщины стенки при ротационной вытяжке конической детали. "Кузнечно-штамповочное производство", №8, 1986, с.25-26.

9. Ершов В.И., Чумадин A.C., Ковалев А.Д. и др. Об одном способе расширения технологических возможностей высадки тонкостенных труб. "Кузнечно-штамповочное производство", №8, 1986, с.29-30.

10. Ершов В.И., Ковалев А.Д., Чумадин A.C. и др. Изготовление силовых фланцев. "Кузнечно-штамповочное производство", №9, 1986. с.23-25.

11. Чумадин A.C., Ершов В.И. Об условии совместности линейных деформаций для осесимметричных задач листовой штамповки. "Известия ВУЗов. Машиностроение", №1, 1987, с.96-98.

12. Чумадин A.C., Ершов В.И. К вопросу о монотонности процесса раздачи труб в стационарном очаге деформиции. "Известия ВУЗов. Машиностроение", №3, 1987, с. 134-138.

13. Чумадин A.C., Ершов В.И. Исследование процесса раздачи конических заготовок. "Кузнечно-штамповочное производство", №4. 1987, с.21-22.

!4. Чумадин A.C. К расчету напряженно-деформированного состояния при листовой штамповке. "Кузнечно-штамповочное производство", №8, 1987, с.27-29.

15. Ершоз В.И., Чумадин A.C. Математическое моделирование процессов осесимметричного деформирования листовой штамповки. Методические указания к курсовому и дипломному проектированию. М.,МАТИ, 1987, 32 с.

16. Чумадин A.C. К расчету процессов листовой штамповки инженерным методом Тезисы доклада на 20 конференции МАТИ, 1988.

17 Чумадин A.C., Ершов В.И., Башилов A.C. Расчет напряженно-деформированного состояния при раздаче кольцевого элемента между подвижными поверхностями штампа. "Известия ВУЗов.Машиностроение", .V>3, 1988. с. 1 14-118.

(8. Чумадин A.C., Ершов В.И. Математическое моделирование процессов осесимметричного деформирования листовой штамповки. Учебное пособие. М, МАТИ, 1988,46 с.

19. Чумадин A.C., Ершов В.И. Некоторые вопросы осесиммегрнчной формовки детален типа днищ из листового материала. "Известия ВУЗов. Авиационная техника", №3, 1988. с.56-60.

20. Чумадин A.C.. Ковалев А.Д. Об одном способе объемного упрочнения конусообразных оболочек. Тезисы доклада. Фрунзенский политехнический институт. Всесоюзная конференция "Прогрессивные методы формообразования деталей". 1988.

21. Ершов В.И., Чумадин A.C. Исследование напряженпо-деформиров.шного состояния при формовке листовых заготовок жидкостыми и эластичными средами. Методические указания к лабораторной рабою М., МАГИ, 1988, 27 с.

22. Ершов В.И., Чумадин A.C., Ливенко Н.Д. Изготовление шаров-баллонов обжимом трубчатых заготовок с нагревом. Методические указания к лабораторной работе. М.. MATH. 1988, 27 с.

23. Чумадин A.C. Изготовление конических деталей раздачей труб на жестком nvancone. Методические указания к лабораторной работе. М., МАТИ l'JSN. 27 с.

24. Чумадин A.C., Ершов В.И. Математическое моделирование процессов листовой штамповки. В сб.: "Эффективные технологии и перевооружение куч-нечно-листоштампсвочного производства", М.. МДНТП, 1989.

25. Ершов В.И., Чумадин А С., Башилов A.C., и др. Утолщение кромки круглого отверстия в листовой заготовке. "Известия ВУЗов. Машиностроение". >2, 1989. с. 109-1 12.

26. Ершов В.И , Чумадин A.C.. Ковалев В.В. Об одном способе интенсификации при отбортовке листового материала. "Кузнечно-штамповочное произволе! чо". Ло4. 19Я9. с.25-26.

27. Чумадин A.C. Математическая модель листовой штамповки дешлеи в ммояияч сверхпластичности. "Кузнечно-штамповочное производство", Л1'9. 19X9. с. 13-15.

28. Чумадин A.C. Об одном подходе к расчету предельною деформирования при листовой штамповке. "Кузнечно-штамповочное производство", .V6. 1990. с.10-13.

29. Чумадин A.C. Один из способов интенсификации процесса раздачи труб, "Кузнечно-штамповочное производство",№8, 1990, с.29-30.

30. Чумадин A.C., Ершов В.И., Зиая Д. Влияние гидростатического давления на предельные возможности деформирования при листовой штамповке. 'Кузнечно-штамповочное производство". №9, 1990, с.21-24.

31. Чумадин A.C., Ершов В.И. Предельные возможносш .¡сформирования лпеювых заготовок в режиме сверхпластичпосги. "Кузнечно-ипнмповочное производство", №4, 1991. с.17-19.

32. Чумадин A.C. Учет анизотропии снопа в исходной зиюшвки при математическом моделировании процессов листовой штамкозки. "Птвесшя ВУЗов. Авиационная техника", №1, 1991, с.56-60.

33. Чумадин A.C., Ершов В.И. Устройство для йены гапия на ствиг листовых материалов. "Заводская лаборатория', №6, 1991,с.57-58.

34. Чумадин A.C., Ершов В.И. О кршерпях предельною формоизменения при листовой штамповке. В сб.: "Листовая и объемная штамповка". М.. МДНТП. 1991, с. 23-27.

35. Леонов И.П., Чумадин A.C., Никитин В.А. и др. Оптимизация техно-ло! ичсских параметров при формоизменении и механическом соединении деталей из МПКМ. Научно-технический отчет по теме№ 1832, 1991, 104 с.

36. Чумадин A.C., Леонов И.П., Железина Г.Ф. Экспериментальные исследования процесса гибки листовых мегаллопо.шмерных композиционных ма-1сриалоз. "Кузнечно-штамповочное производство", №Л1>5-6, 1993, с.5-7.

37. Чумадин A.C., Ершов В.И., Айвазов А.Б. Теоретические исследования процесса гибки многослойных металлополимерных композиционных материалов. "Кузнечно-штамповочное производство", №12, 1993, с.16-19.

38. Попов О.В., Чумадин A.C. Упрую-пластические задачи. Методические рекомендации к лабораторным работам по курсу "Механика деформируемого твердого тела", М., МАТИ, 1994,45 с.

39. Самсонов О.С., Чумадин A.C., Бутырин С.Г. и др. Разработка методов и инструментальных средств моделирования физико-механических процессов производства элементов летательных аппаратов. Отчет по теме № Л-1466, М, МАТИ, Рег.номер 01.9.60003896, 1995,125 с.

40. Чумадин A.C., Чивикина Г.И. Метод расчета процесса гибки широкой полосы из ортотропного материала. "Вестник машиностроения", №6, 1996, с.36-38.

41. Чумадин A.C., Ершов В.И., Жарков С.А. Ротационная вытяжка гофрированных заготовок. "Кузнечно-штамповочное производство", № 11, 1996, с. 2123.

42. Ершов В.И., Уваров В.В., Чумадин A.C. и др. Справочник кузнеца-штамповщика. М., Изд. МАИ, 1996, 352 с.

43. Чумадин A.C. Разработка ресурсосберегающих технологий методами математического моделирования операций листовой штамповки. Тезисы доклада на Российской научно-технической конференции "Новые материалы и технологии", М., МАТИ, 1997, с.43.

44. Чумадин A.C., Бутырин С.Г., Степанов А.Н. Моделирование процесса раскатки концевого участка трубчатой заготовки. "Кузнечно-штамповочное производство", № 7,1997, с. 12-14.

45. Ершов В.И., Глазков В.И., Чумадин A.C. и др. Устройство для гидроштамповки листовых деталей. Авт.свид. № 1005982, БИ 11, 1983.

46. Глазков В.И., Ершов В.И., Чумадин A.C. и др. Устройство для формовки жидкостью деталей типа днищ. Авт.свид. № 1021498, БИ 21, 1983.

47. Глазков В.И., Ершов В.И., Чумадин A.C. и др. Штамп для раздачи Авт.свид. № 1026900, БИ 25,1983.

48. Чумадин A.C., Ершов В.И., Глазков В.И. и др. Устройство для раздачи трубчатых заготовок. Авт.свид. № 1038016, БИ 32, 1983.

49. Ершов В.И., Глазков В.И., Чумадин A.C. и др. Устройство для измерения площади поперечного сечения. Авг.свид. № 1060947, БИ 46, 1983.

50. Ершов В.И., Глазков В.И., Чумадин A.C. и др. Устройство для раздачи тонкостенных конических заготовок. Авт.свид. № 1044387, ЕИ 36, 1983.

51. Чумадин A.C., Ершов В.И., Глазков В.И. Устройство для раздачи трубчатых заготовок. Авт.свид. № 1063511, БИ 48, 1983.

52. Глазков В.И., Ершов В.И., Чумадин A.C. и др. Устройство для гидравлического деформирования тонкостенных оболочек. Авт.свид-Nb 1087230, БИ 15, 1984.

53. Глазков В.И., Ершов В.И., Чумадин A.C. и др. Способ обтяжки листовых заготовок. Авт.свид. № 1127667, БИ 45, 1984.

54. Ершов В.И., Глазков В.И., Чумадин A.C. и др. Устройство для раздачи трубчатых заготовок. Авт.свид. № 1127673, БИ 45, 1984.

55. Чумадин A.C., Ершов В.И., Глазков В.И. и др. Штамп для раздачи тонкостенных труб. Авт.свид. № 1131577, БИ 48, 1984.

56. Чумадин A.C., Ершов В.И., Глазков В.И. Устройство для раздачи трубчатых заготовок. Авт.свид. № 1143497, БИ 9, 1985.

57. Ершов В.И., Глазков В.И., Каширип М.Ф. и др. Штамп для отбортовки отверстий. Авт.свид. N° 1155327, БИ 18 ,1985.

58. Глазков В.И., Ершов В.И., Чумадин A.C. и др. Штамп для гибки. Авт.свид. № 1183237, БИ 37, 1985.

59. Ершов В.И., Глазков В.И., Чумадин A.C. и др. Способ получения кольцевых уголщений в листовом материале. Авт.свид. № 1214302, БИ 8,1986.

60. Ершов В.И., Глазков В.И., Чумадин A.C. и др. Устройство для раздачи трубчатых заготовок. Двт.свид. N° 1222359. БИ 13, 1986.

61. Ершов В.И., Глазков В.И., Чумадин A.C. Гггдравлическое устройство для измерения площади поперечного сечения. Авт.свид. № 1226056, БИ 15, 1986.

62. Ершов В.И., Глазков В.11., Чумадин A.C. и др. Устройство для гидроштамповки листовых деталей. Авт.свид. № 1250359, БИ 30, 1986.

63. Ершов В.И., Глазков В.И.. Чумадин A.C. и др. Способ изготовления тонкостенных трубчатых изделий с кольцевыми утолщениями на торцах. Авг.свид. Х> 1260063, БИ 36, 1986.

64. Чумадин A.C., Ершов В.П., Глазков В.И. и др. Устройство для раздачи труб на конус. Авт.свид. № 1282945, БИ 2, 1987.

65. Ершов В.И., Глазков A.C., Чумадин A.C. и др. Устройство для высадки концевой части обечайки. Авт.свид. N° 1303219, БИ 14, 1937.

66. Ершов В.И., Жарков С.А., Чумадин A.C. и др. Устройство для измерения площади поперечного сечения плоских образцов. Авт.свид. № 1402806, БИ 22, 1988.

67. Ершов В.И.. Чумадин A.C., Ковалёв А.Д. и др. Гидравлическое устройство для измерения площади поперечного сечения. Авт.свид. № 1404817, БИ 23, 1988.

68. Ершов В.И., Чумадин A.C., Жарков С.А. и др. Способ соединения заготовок. Авт.свид. Л» 1412846, БИ 28, 1988.

69. Ершов В.И., Чумадин A.C., Ковалев А.Д. и др. Устройство для раздачи полых заготовок внутренним давлением. Авт.свид. № 1433582, БИ 40, 1988.

70. Ершов В.И., Яцюк О.И., Чумадин A.C. и др. Способ получения горловин. Авт.свид. Л1> 1454544, БИ 4, 1989.

71. Чумадин A.C., Ершов В.И., Ковалев А.Д. и др. Устройство для обжима и раздачи труб с нагревом. Авт.свид. М° 1459779, БИ 7, 1989.

72. Чумадин A.C., Ершов В.И., Ковалев А.Д. и др. Способ изготовления тонкостенных оболочек. Авт.свид. № 1465152, БИ 10, 1989.

73. Ершов В.И., Орехов A.B., Чумадин A.C. и др. Заготовка для изготовления формовкой обжимом шаров-баллонов. Авт.свид. № 1537342, БИ 3.1990.

74: Ершов В.И., Чумадин A.C., Жарков С.А. и др. Устройство для получения утолщений на кромках отверстий в листовом материале. Авт.свид. №1581414, БИ 28, 1990.

75. Ершов В.И., Чумадин A.C., Ковалев А.Д. Устройство для гибки полых заготовок с незамкнутым контуром. Авт.свид. № 1611504, БИ 45,1990.

76. Ершов В.И., Чумадин A.C., Жарков С.А. и др. Способ соединения трубчатых заготовок. Авт.свид. № 1657260, БИ 23. 1991.

77. Чумадин A.C. и Ершов В.И. Устройство дня двухосного испытания листовых заготовок. Патент России № 1490572, 1994.

73. Ершов В.И., Чумадин A.C., Жарков С.А. и др. Способ соединения трубы с листовыми заготовками. Патент России № 1386336, 1994.

79. Чумадин A.C., Ершов В.И., Глазков В.И. и др. Способ изготовления полых осесимметричных изделий с переменной вдоль образующей толщиной стенки. Патент России № 1169256, 1995.

80. Чумадин A.C., Ершов В.И., Жарков С.А. Способ изготовления тонкостенных конических оболочек с переменной толщиной стенки и устройство для его осуществления. Патент России № 1541848, 1995.

81. Чумадин A.C., Бурштейн Н.М., Архипов В.Н. Способ изменения диаметра концевого участка трубы. Пол.решение по заявке № 94025163, 1994.

82. Чумадин A.C., Бурштейн Н.М.^ Архипов В.Н. Способ деформирования концевого участка трубы и устройство для его осуществления. Пол.решение по заявке №94041538, 1994.

83. Чумадин A.C., Бурштейн Н.М., Архипов В.Н. Способ деформирования концевого участка трубы. Пол.решение по заявке № 94043366, 1994.

84. Чумадин A.C., Бурштейн Н.М., Архипов В.Н. Устройство для раздачи полых изделий. Пол. решение по заявке № 95105493, 1995.

85. Чумадин A.C., Бурштейн Н.М., Архипов В.Н. Ротационно-давильный станок. Пол.решение по заявке №95116756, 1996.