автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.05, диссертация на тему:Разработка технологических процессов магнито-эластоимпульсной формовки листовых материалов на основе математического моделирования энергосиловых и деформационных параметров

од

5 V САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ -

На правах рукописи

ОМАРОВ Шамиль Абдулаевич

УДК 621.§83.044

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ МАГНИТНО-ЭЛАСТОИМПУЛЬСНОЙ ФОРМОВКИ ЛИСТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ МАТМАТЙЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭНЕРГОСИЛОВЫХ И ДЕФОРМАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ

РГБ

1 3

Специальность 05.03.05 - Процессы и машины обработки.

давлением

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 1995 г.

Работа выполнена в Санкт-Петербургском Государственном техническом университете

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Мамутов B.C.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Гаврилов Г.Н.; кандидат технических наук профессор Егоров В.П.

Ведущая организация: АО "ЛОМО" - г.Санкт-Петербург.

Защита состоится "28" Февраля' 1995 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 063.38.22 в Санкт-Петербургском Государственном техническом университете по адресу: 195251, Санкт-Петербург,Политехническая ул.,29,лабораторно-аудиторннй корпус,кафедра "МиТОВД".'

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотека университета.

Автореферат разослан "25"» mpapg 1995 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,кандидат технических наук, ст.в.с.

у— Ю.И.Егоров

ОНЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работ?'» В машиностроении конпурентноспособпыми являются технологические процессы, обеспечпваюцЕе минимальные себестоимость и материалоемкость изготовления деталей. Яри оттеком и мелкосерийном производстве к тазом процессам относятся методы обработки листового материала давлением с применением эластичных сред, в частности магнитно-эластоимпульсная штамповка. Применительно к формообразующим операции данный метод обладает рядом преимуществ по сравнении со штамповкой эластичными сродауя на кризопипных и гидравлических прессах за счет болеэ~ высоких достижимых степеней формоизменения я точности получаем« деталей. Точность дозирования энергии и отсутствие контакта с жидкостью выгодно отлячаат ввгилт-но-эластоиапульсную^формовку /иэШ/ от электрогидроишульской и гвдроударной. Эффективность промышленного применения МЭИФ в значительной степени определяется уровнем разработки научных и практических рекомендаций для выбора оборудования, проектирования технологической оснастки. Такие рекомендации могут быть даны на оснопо расчета энергосиловых я деформационных параметров процесса. В разработанных в настоящее время моделях расчета технологического устройства МЭИ® не учитывались взаимное влияние нестационарной диффузия магнитного поля и металл индуктора и подаияяого элемента ка индуктивность п сопротивление разрядного контура магнитно-импульсной установки /МИУ/, а также жесткости систеш эластичная среда-заготовка на параметры давления в эластичной среде при учете реального характера деформирования заготовки как динамической системы о распределенными параметрами, моделируемой моментной оболочкой аз упрочняемого материала. Учет этих факторов ара разработке математических моделей МЭИФ позволит более точно прогнозировать энергосало-аые н деформационные характеристики процесса и поэтому представляется актуальным. Актуальными представляются также комплексные экспериментальные исследования процесса, на основе которых определяется корректность принятых при математической моделирования допущений и оценка точности прогнозирования технологических параметров. Кроме того,актуальными в области практического применения методов МЭИФ представляются исследования, связавныгс интенсификацией процесса за сч'ет увеличения предельного формоизменения заготовка, а также исследования динамических характеристик эластичных сред.

Работа выполнялась в соответствии с научно-технической программой ГК по НТ 0.72.06 задания 08, а также я риалах программы ГК РФ по выспоыу образованию по фундаментальны« исследованиям технологических проблей производства авиакосмической техники /Грант №3390 "Математическое моделирование процессов электрогидроимпульсной и магнитно-эластоичпульсной штамповки листовых деталей авиационных двигателей"/.

Цель работы,, Целью работы является разработка на основе комплексных теоретических и экспериментальных исследований научно-обоснованных методик проектирования технологических процессов МЭИ, расширяющих технологические возможности процесса за счет увеличения предельного форыоизменония детали, снижения брака и улучшения эксплуатационных характеристик детажей, а тагосе разработка технологических процессов получения конкретных производственных деталей на данной основе.

Научная новязнд. Разработана математическая модель преобразования давления в технологическом устройстве для МЭМ, учитывающая в комплексе взаимное влияние переходных электрических процессов в разрядном контуре, диффузии магнитного поля в материал индуктора и подвижного элемента, движения подвижного элемента, а также жесткости системы эластичная среда - заготовка. При определении ¡гесткооти учитывалось динамическое деформирование заготовки, как системы с распределенными параметрами из изотропного упрочняемого материала с учетом рельефа формовочной матрицы. При этом сделана оценка применимости модели безмоментной оболочки путем сопоставления прогнозируемых параметров деформированного состояния с решением задачи при учете ее момэнтности. Выполнены комплексные экспериментальные исследования параметров МЭИФ. Предложена методика определения динамической сжимаемости эластичных сред. Показана возможность увеличения предельного формоизменения заготовки путем предварительной обработки его материала импульсным магнитным полем /ИМП/.

Методы исследования. Математическое моделирование осуществлялось на основ» уравнений мехьники упруго-пластического деформирования коментных ж базмоментных оболочек, теоретической электротех-2

ники, а также общих уравнений механики сплошных сред. Разработка алгоритмов' численного решения поставленных задач на ЭВМ осуществлялась на основе методов вычислительной алгебры и анализа. При выполнении экспериментальных исследований использовались специально разработанные измерительные преобразователи для регистрации параметров разрядного тока, напряженности магнитного поля и импульсного давления в эластичной сроде с предварительной их тарировкой в условиях, близких к реальным. Использовались методы статистической обработки опытных данных и моделирования. Корректность основных допущений подтверждалась экспериментально.

Практическая ценность п •реализация работы. На основе теоретических я экспериментальных исследований разработана методика расчета энергоемкости процесса и допустимого предельного формоизменения. Разработаны технологические рекомендации по оценке эффективности • применения МЭИФ для изготовления конкретных деталей. Определен динамический модуль объемного сжатия полиуретана СКУ-6Л. Оценена эффективность применения матриц из легкоплавких материалов в условиях МЭИФ. РазработанКнерасчетяые методики использованы при проектировании технологических процессов ряда промышленных деталей. Материалы работы использованы в учебном процессе по специальности 1204 "Машины и технология обработки металлов давлением".

Автор заддцает.. комплекс расчетных моделей, определяющих преобразование давления в технологическом устройстве и деформирование заготовка при магнитно-эластоимпульсной формовке, позволяющих определить потребную энергоемкость, параметры напряженно-деформированного состояния заготовки н оценить ее допускаемое формоизменение; результаты расчетов параметров разрядного тока, напряженности импульсного магнитного поля, давления в эластичной среде и характера формоизменения заготовки при МЭИФ; результаты математического эксперимента по оценке влияния ыоиентности оболочки на ее деформированное состояние; алгоритмы численного решения поставленных задач на ЭВМ и их программную реализацию; результаты экспериментальных синхронных измерений параметров разрядного тока,, напряженности магнитного поля и давления в эластичной среде при деформируемой заготовке; методику определения динамических характеристик сжимаемости эластичных сред и результаты экспериментов по нахождению динамического модуля объем-

3

кого сжатия полиуретана СКУ-6Л; методику проектирования технолог! ческах процессов МЭКФ, основанную на использовании расчетных моде-1 лей, а также экспертных оценок целесообразности применения данного метода; результаты исследований по оценке эффективности формовочных матриц из легкоплавких материалов в условиях МЭ®; технологические процессы для ряда промышленных деталей.

Птблйкашш и агообалпя работы. Основное содержание работы отражено в 4 печатных работах, а такие в отчетах по 'НИР, проводимых кафедрой МиТОМД, СПбГТУ /ЛПИ/. По материалам¡работы сделаны сообщения на 5-ой научно-технической конференции "Электрический разряд в жидкости и его применение в промышленности" /г.Николаев, 1992 г./. Работа докладывалась на научно-технических семинарах кафедры "Машины и технология обработки металлов давлением" СПбГТУ.

Структура и объем работы» Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка использованной литературы в количестве 98 наименований, приложений и содержит 116 страниц машинописного текста, 53 рисунка, 17 таблиц.

СОДЕРКАВИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выполняемой работы, дано -ее краткое содержание, сформулированы цель исследования, научная новизна, практическая ценность и основные положения диссертации, выносимые на защиту.

В первой главе даны краткий обзор и анализ методов формовки листовых материалов подвижными средами. Обоснована эффективность использования МЭ® при изготовлении сложных по форме точных деталей из листовых материалов. Отмечены ряд ученых £ научных коллективов городов России, Беларуси к Украины: С.Петербурга, Москва, Самары, Тулы, Ростова-па-Дону, Кирова, Чебоксар, Минска, Харькова и других, которые внесли вклад в развитие теории х технологии штамповки под-винами средами, в частности импульсной формовки эластичными средами.

Определена рациональная область применения МЭ® для изготовления высокоточных, сложных по конфигурации-деталей в условиях мелкосерийного х опытного производства из независящих от электропровод-4

ности материалов толщиной (0,3-0,5} мм и менее о размерами в плане до (150-200) мм, когда использование данного процесса имеет ряд преимуществ по сравнению, с другими процессами квазистатической и динамической формовки эластичными 'средами. Рассмотрены методы интенсификации процессов формоизменения и сделана оценка хх применимости в условиях МЭИФ. Показано, что предварительная обработка материала заготовки ЯШ также является одним из направлений интенсификации процесса. Рассмотрены методы математического моделирования технологических устройств магнитно-эластоимпульсной штамповки. Так как оптимальные частоты разрядного тока при МЭ1Й находятся в пределах(4-6/кГц, то на Протекающие электромеханические процессы существенно сказываются явления нестационарной диффузии магнитного поля, определяющие эквивалентный зазор между индуктором и подвижным элементом. Это приводит к значительным изменениям индуктивности и сопротивления разрядного контура, что сказывается на параметры разрядного тока. Отмечено , что связный учет переходных процессов в разрядном контуре, диффузионных процессов в системе индуктор - подвижный элемент, движения подвижного элемента,; а также деформирования эластичной среды и заготовки является необходимым условием достижения приемлемой погрешности моделирования. Обзор экспериментальных исследований показал отсутствие комплексных синхронных измерений электрических, электромагнитных и энергосиловых параметров процесса в условиях формоизменения заготовки. Показано, что такие исследования необходимы для корректной оценки допущений при моделировании и погрешностей прогнозирования при помощи расчетной модели. Отмечена целесообразность применения формовочных матриц из легкоплавких сплавов в условиях 5ШФ.

На основе этого сформулированы следующие задачи исследования: - в теоретическом лиане: разработать расчетную модель преобразования давления в технологическом устройстве для МЭИФ и алгоритм для ее численного решения' на ЭВМ; при этом учесть в комплексе взаимное влияние переходных электрических процессов в разрядном контуре, диффузии магнитного поля, движения подвижного элемента, а также жесткости системы эластичная среда - заготовка; разработать методику определения жесткости системы эластичная-среда - заготовка на основе учета динамического сжатия эластичной среды, деформирования безмоментной осесимметричной оболочки из упрочняемого изотропного материала с учетом рельефа матрицы; оценить допущения расчетной мо-

••.,.- 5

дели деформирования заготовки путем сопоставления численных решений по теории моыентной и безмоментной оболочек;

- в экспериментальном плане: осуществить комплексные экспериментальные исследования для проверки корректности расчетной модели путем синхронной регистрации параметров разрядного тока, напряженности магнитного поля, давления в эластичной среде, а таете измерения распределения толщенных деформаций и прогиба заготовки; для данного комплексного эксперимента осуществить тарировку измерительных преобразователей и оценить погрешность измерений; разработать методику и провести эксперимент для определения динамического модуля объемного сжатия полиуретана СКУ-6Л;

- в технологическом плане: на основе теоретического и экспериментального анализа МЭИФ разработать методику проектирования энер-госияовых параметров процесса; разработать методику оценки целесообразности применения МЭИФ дня получения конкретных деталей; оценить эффективность применения формовочных матриц из легкоплавких . сплавов и комбинированной обработки материала заготовки ИМИ в процессах МЭИФ; разработать технологические процессы изготовления конкретных деталей приборов . методами МЭИФ..

Во второй главе представлены:расчетная модель деформирования листовой осесимметричной заготовки, результаты численного эксперимента по оценке влияния моментности на характер деформирования, а также методика и примеры расчета жесткости системы эластичная среда - заготовка, определяемой на основе расчета формоизменения заготовки. Движение точек заготовки в эйлеровых координатах Ъ и Я и при лагранжевой координате £р /рис.1/ под действием заданного давления эластичной среды рэ(£) описывалось уравнением:

УМ = (^Рк/к^^С^^'^в/г) ^ + А/ Ч^^А/Шехрсе^; .

Здесь р - плотность материала заготовки; А - толщина;

- коэффициент^трения; - " функция трения; рК - кон-

тактное давление; IX - вектор скорости точек заготовки; ,^-едк-ничные векторы нормали и касательной к профилю заготовки; ', <5/77 • ~ компоненты тензоров напряжения и логарифмических деформаций.

6 • ~ .•

Движение заготовки рассматривалось также, как оболочка с учетом изгибающих моментов. В обоих случаях зависимость между компонентами тензоров напряжений и логарифмических деформаций задавалась соотношениями теории пластического течения при нагружении и обобщенного закона упругости на этапе разгрузки. Учитывалось деформационное и скоростное упрочнение материала заготовки в предположении его изотропности. Граничные условия соответствовали защемлению заготовки-по круговому контуру при ограничивающей формоизменение заготовки кромкой матрицы и симметрии центра на участке свободного формоизменения, что обеспечивало корректность сравнения результатов решения. Численное решение задачи в моментной постановке осуществлялось по явной разностной схеме на основе' алгоритма, предложенного В.Г.Баженовым. Для,решения задачи в ббзмоментной постановке использовался неявный конечно-разностный алгоритм, обеспечивающий монотонность 'зависимостей б^С^к 8е Сравнение решений по параметрам зависимости ■ интенсивности тензора логарифмических деформаций от лагранжевой координаты проводилось при исходных данных расчета, соответствующих характерным условиям МЭИФ. Показано, что отличие решений, достигающее сотен процентов в начале процесса формоизменения вблизи радиуса ребра матрицы, при достижении отношения максимального прогиба я радиусу матрицы в плане величины 0,1-0,2 , имеет порядок погрешности численного решения за счет немонотонности, если используется явная разностная схема. Поэтому в условиях МЭИФ, определяющих значительные растягивавшие напряжения в заготовке, с приемлемой для технологических расчетов погрешностью можно использовать модель безмоментной оболочки.

Влияние формоизменения заготовки на давление в эластичной среде при моделировании технологического устройства учитывалось путем введения функции жесткости системы эластичная среда - заготовка:

где Узо - начальный объем эластичного блока; Кэ - динамический модуль объемного сжатия эластичной среды; р£ ~ площадь контейнера; ¿¡Уз ~ объем, смещенный эластичной средой в сторону деформируемой заготовки, который определяется из решения задачи динамического формоизменения заготовки в закрытую матрицу:

лУз = я/ /3/

где 20 - прогиб центральной точки заготовки. 7

При определении величины Сэз выражением /2/ кроме допущений, принимаемых при моделировании формоизменения заготовки, предполагались квазистатичность давления в эластичной среде, абсолютная жесткость стенок контейнера и малость сил трения эластичной среды о стенки контейнера и заготовку. Пример расчета функции жесткости при разных параметрах давления представлен на рис.2,в/кривые 2,3^ Следует отметить, что выражение /2/ определяет нарастание давления, а его спад зависит только от сжимаемости эластичной среды.

В третьей главе изложена методика расчета энергосиловых параметров ЮИФ. Схема технологического устройства представлена на рис.1.

Рис.1. Расчетная схема технологического устройства МЭИФ / 1- разрядный контур; II- система индуктор - подвижный элемент; XII- система подвижны* элемент - эластичная среда - заго-

х— тки ,

2- плоский спиральный индуктор;

3- подвижный элемент;

4- эластичный блок;

5- заготовка;

6- матрица;

I 7- контейнер.

При разработке расчетной модели учитывалось взаимное влияние переходных процессов в разрядном контуре, диффузии нестационарного магнитного поля в металл индуктора и подвижного элемента, его перемещения и деформирования заготовки. При этом жесткость системы эластичная среда - заготовка определялась сжатием эластичной среды и деформированием заготовки, ограниченной рельефом матрицы." Процедура расчета параметров процесса вюючает два связанных между собой этапа: определение жесткости системы эластичная среда - заготовка; расчет давления

в эластичной среде. Оба отапа объедекены в общем внешнем итерационном процессе. Основные уравнения преобразования электрической энергии конденсаторной батареи в потенциальную энергию сжатой эластичной среды, в соответствии с расчетными участками /рис.1/ представлены ниже.

X. Уравнения для разрядного тока /£ / и напряжения ¡Щ имеют вид: Со1 ^ =-6 ; а'(11)/сИ , /4/

при начальных условиях: • , » , , V .,

1(0)= о; и (о) = и.0 . /5/

Здесь -¡-^г] = 1-1*1,2 »где Ьу и - постоянн^есос-

тавляющие индуктивности и сопротивления разрядного контура, , 2 ~ сопротивление и индуктивность системы индуктор - подвижны! элемент, определяемые диффузией электромагнитного поля и перемещением подвижного элемента.

• П. Уравнения диффузии магнитного поля рассматривались в предположении одномерности вектора напряженности /Н^бзцг/:

ЭЧи<ВНхЯСРЛ<.г), ' ' ' /6/

причем индекс 1- соответствует индуктору, а индекс 2- подвижному , элементу. Начальные условия задавались нулевыми, а граничные уело-вия определялись затуханием напряженности в глубине металла /ОС^^Х^/х а на поверхности величиной разрядного тока:

где Кщ ~ Функционал, характеризующий отличие реальной системы индуктор - подвижный элемент от идеальной; /7/ - число витков индуктора; Яш и £и2 - внутренний и наружный радиус индуктора, соот- • ветственно.^

Величины задавались соотношениями:

/ /8/

где То ~ период разрядного тока.

На основе-решения данных уравнений определялись эквивалентные: скин - слой электромагнитной энергии:

■ ■ о. /9/

/

и зона,б которой происходит даоулев нагрев металла:

^ . /10/ , -Эти величины определяют вместе с величиной перемещения подвижного элемента /£3/ эквивалентные сопротивления и индуктивность системы яндуктор - подвижный элемент:

¿р =и2($е<гг.;хз). /и/

Щ. Движение подвижного элемента рассматривалось Ь раиках сш теми с сосредоточенными массой /М / и жесткостью /Сэз/'•

М^'сИ* • /12/

Данное уравнение рекалось при нулевых начальных условиях:

х3(о)=о; о. /13/

При этом электромагнитное усилие определялось величиной средней напряженности магнитного поля в зазоре между индуктором и подвижным элементом /И:

Рм^Л^г (оЛУ^Д , • М

где /у - площадь поверхности подвижного элемента, обращенного к индуктору.

А но величине перемещения подвижного элемента определялось давление в эластичной среде:

рэ~4с^х3/яс1к , /15/

где (¿к - дцаматр конто£нера.

Задача в такой постановке позволяет при заданных параметрах разрядного контура, технологического устройства, характеристиках материала заготовки, эластичной среды и величине запасаемой энергии определить давление в эластичной среде /рэ (£)/. Гак как величина Сэз также зависит от давления в эластичной среде, то параметры этих взаимьовлияющих функций находятся методом последовательных приближений.

Сначала рассматривается.свободное статическое деформирование заготовку до момента касания ею рельефа матрицы и определяют значение -Сц /рис.2,е,кривая 1/. Начальное значение энергоемкости процесса /У// определяется по эмпирической формуле /17/, по которой находится напряжение заряда конденсаторной батареи: .

10 Г. дел ;

Поело чего расчитываются параметры давления в эластичной среде/э^э.з,и^ На следующем этапе осуществляется расчет деформирования заготовки под действием данного давления. Амплитуда давления рэ(Ь) корректируется таким образом, чтобы обеспечить заданное чертежом заполнение заготовкой рельефа матрицы. Затем определяется функция жесткости системы эластичная среда - заготовка С33 /рис.2,в,кривая 2/. Аппроксимированные параметры С^ задаются в расчетную модель. При этом вариацией величины Цо достигается совпадение амплитуды давления в эластичной среде с амплитудой давления,необходимой для полного заполнения рельефа матрицы. Через 2-4 повторения данной процедуры, вычислительный процесс сходится с погрешностью определения потребной величины запасаемой энергии менее При эгом также рассматривается деформированное состояние заготовки .чтобы не произошло разрушения заготовки /выхода за кривую предельного деформирования/.

Численное решение поставленной задачи осуществлялось конечно-разностным методом на мини - ЭВМ модели 9325В фирмыИЕШШ-РАСКкР.'О. . Погрешность прогнозирования запасаемой' энергии составляла (7-15) %. Пример расчета отдельных параметров процесса дан на рис.2. Сопоставление экспериментального /1/ и расчетного /2/ графиков давления в эластичной среде /рис.2,г/ позволяет судить о корректности математического моделирования.

■3 ■ 0.5 ДЛ

Р..НП«

1 „/7 V

У и

/ (XI • м

\

Го*63Ю'(0» 4':Г2*ЗМ#й, 'У1; 0,5 м.;

Рес.2. Пример численного расчета парггготроа процесса Ы1ЭИ5

а/ разрядного контура^ .

б/ иагнзтного п^ля:' '' 1- 0,05; 2- 0,25; 3- 0,30; 4- 0,35; 5- 0,40; 6- 0,50; 7- 0,55;

в/ жесткости: п\ г?) . 1 -СМ ; г-сШ

г/ давления в эластично! среде: .

1 - эксперимент;

2 - расчет.

В четвертой главе представлены экспериментальные исследования МЭИФ, а тахке методика определения динамического модуля объемного сжатия полиуретана СКУ-6Л.

Для синхронного измерения разрядного тока /поясом Роговского/, напряженности импульсного магнитного поля /индукционным датчиком/, давления в эластичной ерзде /пьезоэлектрическим датчиком/ был спроектирован и изготовлен измерительный стенд /рис.3/.

Рпс.З. Схема для измерения параметров процесса МЭИФ 1-плита прижима; 2-пьезо-электрический датчик; 3-кон-тейнер; 4-зластичный блок; 5-заготовка; 6-подвижный элемент; 7-индукционннй датчик; 8-индуктор; 9-плита пргянма; 10-МИУ; 11-пояс Роговского, запускающий развертки осциллографов; 12-< интегрирующая КС -цепочка . для индукционного датчика; 13-осциллограф для измерения С;Н ; 14-осциллограф для измерения и (Л ; 15-интег-рирующая ЯС -цепочка для пояса Роговского; 16-широкопо-лосный делитель импульсного напряжения.

Предварительно осуществлялась тарировка всех измерительных преобразователей и была сделана оценка погрешности измерений. Было выявлено, что наличие деформируемой заготовки, существенно /в 1,520 раз/ изменяет амплитуду и длительность давления в эластичной среде по сравнению случаем, когда она отсутствует. Фронт давления в несколько раз превышает его спад /рис.2,г/. Сопоставление результатов расчета и эксперимента показало, что погрешности прогнозирования составляют по параметрам: разрядного тока /по первой, второй амплитуде и периоду/-(5-1ф , величине электромагнитного давленая, 12 ' '

расчитанной по напряженности магнитного поля /по амплитуде и перя-оду/- , параметры* давления в эластичной среде /по амплиту-

де и длительности фронта/- (10-1ф? , прогибу заготовки и распределению толщинн1.1х деформаций вдоль образующей заготовки -(5-1Е>£.

Предложена методика определения динамического модуля объемного сжатия эластичных сред, заключающаяся в сопоставлении максимальных давления в эластичной среде и степени объемного сжатия. Давление в эластичной среде определялось мембранным датчиком разрушения, включающим матрицу с отверстием /диаметром (Ъ,5-1,0) ш/ и заготовку из нагартованной стали /толщиной(0,05-0,20)мм/. Показано, что при длительности давления(200-500)мкс влияние инерционных составляющих при деформировании заготовки до момента.разделения на давление пробивки находится в пределах единиц процентов. Это позволяет тарировать такой датчик на гидравлическом прессе с последующей корректировкой результатов, учитывающей динамические характеристики предела прочности материала. Объем эластичной среды, сыещаешй заготовкой,существенно меньше изменения объема за счет сжимаемости. Измерение максимального перемещения подвижного элемента осуществлялось при помощи пластического датчика. Для полиуретана СКУ-6Л определен динамический модуль объемного сжатия: Кз =2,9-0,2 ГПа.

В пятой глазе представлены технологические исследования процессов МЭИФ. На основе математического моделирования разработана методика оценки энергоемкости процесса и допустимого формоизменения заготовки. При этом исходными данными являются параметры разрядного контура МИУ, индуктора, подвижного элемента, контейнера, эластичного блока,чертеж детали и характеристики динамической кривой упрочнения материала заготовки, а также диаграмма ее предельного деформирования. Путем статистической обработки результатов промышленного эксперимента по получению деталей методом МЭИФ на "ЛОМО" /г.Санкт-Петербург/ получена зависимость энергии МИУ от эквивалентного усилия гидравлического пресса /давления в эластичной среде/: -

V/ =27 + 6,3- 10&рэта/г, *А»<, /17/

где£> - максимальное давленле в эластичной среде необходимое для статического формоизменения заготовки; - площадь контейнера;^.

13

Методом экспертных оценок и на основе обобщения опыта промышленного применения разработана методика оценки целесообразности применения ?ЛЭИФ. В данной главе представлены также результаты экспериментальных исследований по оценке влияния предварительной обработки материала заготовки импульсным магнитным полем на предельное деформирование. Эксперименты проводились на латуни и нержавеющей стали аустенитного и мартенситяого классов. Анализом статистической ■обработки опытных данных установлено, что при определенных режимах

имеется тенденция к увеличению предельного формоизменения по сравнению со случаем отсутствия предварительной обработки ИМП. Кроь»® того, происходит стабилизация разрушения, что проявляется в уменьшении примерно в(1,3-1,5)раза доверительного интервала точек диаграммы предельного деформирования. Следует отметить, что длительность импульса магнитного поля, при котором достигаются -данные эффекты;значительно больше, чем при МЗИФ, что требует определенной реконструкции МИУ. Кроме того, определенное влияние оказывает временной фактор. Чтобы данные эффекты в нужной степени проявились, между предварительной обработкой и формовкой должно пройти несколько десятков часов. На основе этого делается вывод о перспективности применения комбинированного ИМП в данных процессах. Приведены результаты экспериментальных исследований-по оценке эффективности применения формовочных матриц из легкоплавких сплавов многократного использования в условиях МЭИФ. Показано, что стойкость таких матриц в условиях динамического нагружения в(1,2-1,3)раза выше, чем при квазистатических. Разработаны технологические процессы ЮИФ Деталей, которые использованы на ряде предприятий Санкт-Петербурга.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. На основе численного моделирования динамического деформирования листовой осесиыметричной заготовки, рассматриваемой в виде системы с распределенными вдоль образующей параметрами с учетом деформационного и скоростного упрочнения материала, формы рельефа матрицы", при задании определяющих' соотношений по теории пластического течения на этапе нагружения и обобщенного закона упругости при разгрузке, разработана методика определения функции жесткости системы эластичная среда - заготовка, используемая при математическом моде-14

лировании технологического устройства МЭИФ.

2. Путем сравнения результатов расчета деформирования оболочка в моментной и безмоментной постановках показано, что в условиях МЭИФ с достаточной для технологических расчетов точностью определение параметров деформирования и жесткости системы эластичная среда -заготовка можно осуществлять на основе теории бззкомонтних оболочек.

3. Основанная на методе последовательных приближений жесткости системы эластичная среда - заготовка путем вариации амплитуды давления в эластичной среде и напряжения заряда конденсаторной батареи МИУ, разработана математическая модель преобразования давления в технологическом устройстве для МЭИФ, учитывающая в комплексе ззажное влияние переходных электрических процессов в разрядном контуре, диффузии магнитного поля в материал индуктора и подвижного элемента, движения подвижного элемента, а также жесткости системы эластичная среда - заготовка. Данная расчетная модель позволяет оценить энергоемкость процесса и совместно с моделью деформирования заготовки -допустимое формоизменение заготовки.

4. Замеры давления в эластичной среде при деформируемой заготовке показали, что амплитуда и Длительность давления меняются в(1,5-

20]раз по сравнению, когда заготовка отсутствует. Значительно изменяется форма давления. При плавном нарастании давления длительность фронта в несколько раз превышает спад.

5. Комплексная экспериментальная проверка расчетной модели э условиях деформируемой заготовки показалд., что погрешность прогнозирования параметров процесса составляет: давления в эластичной среде - 10-15$, разрядного тока - 5-15$ и электромагнитного усилия -10-15$. Эти величины имеют порядок погрешности тарировки измерительных преобразователей. Погрешности прогнозирования параметров прогиба и компонент тензора деформации имеют порядок 5-15$.

6. Разработана методика определения параметров динамической сжимаемости эластичных сред и определен динамический модуль объемного сжатия полиуретана СКУ-6Л.

7. Путем статистической обработки результатов промышленного эксперимента по изготовлении деталей методами МЭИФ и на гидравлическом прессе получена зависимость энергии МИУ от эквивалентного усилия пресса, позволяющая осуществлять упрощенную оценку энергоемкости штамповки.

8. Методом экспертных оценок и на основе обобщения опыта промышленного применения предложена методика оценки целесообразности применения МЭИФ.

9. Показана возможность интенсификации МЭИФ путем предварительной обработки заготовки ИМП. Такая обработка приводит к уменьшению доверительного интервала точвк диаграммы предельного деформирования в (1,3-1,5) раза. Сделана оценка эффективности применения'матриц из легкоплавких материалов в условиях МЭИФ и похазано, что стойкость при этом Bfl,2-l,3)pa3a'BHne,4eM при формовке на гидравлических прессах.

10. Разработаны технологические процессы изготовления деталей приборов методом МЭИФ, использованные на ряде предприятий Санкт-Петербурга, что подтверждено актами внедрения.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЕШИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В РАБОТАХ:

1. Корнет И.Ф..Манаенков С.А..Кузионов С.П.,Омаров Ш.А. Опыт импульсной штамповки тонколистовых деталей /Электрический разряд в жидхостж и его применение в промышленности: Тез. докл. 5-ой научно-технической конференции. Николаев, 1992, с.121.

2. Расчет взаимодействия сильных импульсных пульсирующих магнитных полей с металлами /Верещагин П.В., Здор Г.Н., Мамутов B.C., Омаров Ш.А. : С.Петербург.гос.твхн.ун-т. СПб.,1992.-28 с. Рус.-Деп. Я ВНИИТЭМР, №45 -Ш 92.

3. Экспериментальное исследование электромагнитного усилия плоского спирального индуктора /Верещатни П.В., Дмитрвенко М.А., Мамутов В.С., Омаров I.A., Соловьев Д.Б. : С.Петербург.гос.техн. ун-т. СПб.,1993.-15 с. Рус.-Доп. В ВНИИТЭМР, №23 -мш 93. ,

4. Расчет технологического устройства магндтно-эластоимпуль-сной штамповки /Верещагин П.В., Жукеев Р.К., Мамутов B.C., Омаров Ш.А. : С.Петербург.гос.техн.ун-т. СПб. ,1994.-30 с. Рус.-Деп. в ВИНИТИ, Ä2638 г В-94.

дписано к печати 17.01.95. Тираж 100 экз.

Заказ V 50. Бесплатно

печатано на ротопринтв СПбГТУ

5251,Санкт-Петербург,Политехническая ул., 29