автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.05, диссертация на тему:Синтез и оптимизация конструкций матриц для прямого холодного выдавливания на основе прочностного расчета

- ^ """Д 3!34

санкт-пктербургошй госудагшещшй технический унийвроиткг

11а правах рукописи

КОКОРИН Михаил Станиславович

УДК 621.733.ЫЭ.016,3

синтез ¡1 оишшдо коисданцая ышиида пшшго холодного вдашвания на. о снопе , пгочносгпого рм1чега,

Специальность 05.03.05 - процесаи и машин обработки

давлением

Автореферат диссертации на ооисканно ученой степени кандидата гохничг,ок.их наук

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном милническом университете.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Л.Б.Аксенов.

Официальные оппонента: доктор технических наук, профессор А.лЗ.Лесников; кандидат технических наук, ст.н.с» Ю.И.Рыбин.

Ведущая организация НПО "Светлана" г. Санкт-Петербург»

Защита состоится "¿?6 " 1993 г. » /С часов,

на заседании специализированного совета. Д 063.36.22 в Санкт-Петербургском государственном техническом университете по адресу: 135251, Санкт-Петербург, Политехническаа ул., 29, ЛАК аудитория кафедры. МиТОВД.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке С-ЛбГТУ.

Автореферат разослан " " 1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук ,

В.И.Егоров

СИНТЕЗ И ОПТИМИЗАЦИЯ КОНСТРУКЦИИ МАТРИЦ для ' ПРЯМОГО ХОЛОДНОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ НА ОСНОВ?« ■ ПРОЧНОСТНОГО РАСЧЕТА

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность тежы.

Конкурентноспособность продукции машиностроительного производств.1) п условиях рыночной экономики во многом определяется внедрением малоотходных высокопроизводительных процессов. В частности к таким процессам моало отности процессы холодного объемного деформирования. Производительность, широкие технологические возможности. повшенио механических свойств металла в процессе обработки обеспечили этил процессам широко« распространение, особенно в массовом производстве. Одним из основных факторов, определяющих экономические показатели процесса холодной объемной штамповки являются затрата нп проектирование и изготовление инструмента, а также такие показатели ого работоспособности, как прочность и стойкость. Отличительной особенностью, характеризуйся работоспособность штампового инструмента в процессах холодного объемного деформирования являются значительные нагрузки на инструмент, близкие к предельно допустимым дат» для самых прочных инструментальных сталей. Это обстоятельство накладывает определенные требования к методам расчета и проектирования штампового инструмента. В связи о тем, что инженерные метода расчета не учитывают в достаточной мере реальные условия работы инструмента и но позволяют дать достоверной оценки ого работоспособности, в последнее время нашли свое применение методы расчета, основанные на использовании численных методов. Однако,-ясноль-зуемые расчетные схемы при анализе различных конструктивных вариантов позволяют определить, как правило, лзшь работоспособный вариант конструкции, ввиду чего представленные рекомендации носят частный характер « не отражают комплексного влияния технологических и конструктивных параметров процесса, необходимых при проектировании оптимальных конструкция. В связи с этим решение задач, связанных с комшгокгчшм исследованием различных факторов, влиякщих на работоспособность штампового инструмента и разработку соответствующей методики нроектвровлнин н оптимизации конструкций инструмента для процессов холодного объемного пцдавливания, является вполне актуальным.

1{ьчм> (АЮаш является оощ/шзпсгиошть методики нрооктироввшя и (-итклыюьциа конструкций матриц для процессов прямого холодного выдав-.'ц'.£шняя ешюшшх и голих стержневых деталей на основе математического ьодожрсвашя.

В соответствии с вшм в работа решалась следующие задачи:

-разработка классификации --.аструкций матриц для прямого холодного видавиавашя;

-разработка методики расчета контактных нанртошШ с учетом ун -рочмышл материала заготовки в процессах прямого холодгаго вндавлива-пии сшгашшх и полых стержшвых доталай;

-анализ условий работ и причин разрушения матриц для прямого холодного надавливания;

-определенна области рационального использования дольных и ралъошш конструкций матриц;

-разработка методики оитшизацил конструкций матриц с целью создания конструкция с мипшашюй металлоемкостью а стоимостью;

йапосЗическия база иасиеОований заключается в применении совре-ииншх методов расчета ц экспэримвнталышх исследований, ориентированиях на использование вычислительной техники, таких как: системный подход к постановке цели исследований и определение путев их реализации, псляризационно-оптический метод анализа напрахенно-деформированного состояния конструкций, решение краевой задачи обработки металлов давленном для определения контактных напряжения с учетом упрочнения де-{ормируомого маталла, метод конечных элементов для математического моделирования напряженного состояния штампов.

Научная новизна работы заключается в разработке методики прочностного расчета матриц прямого холодного надавливания, учитывающей комплексное влияние конструктивных и технологических факторов на усталостную прочность инструмента и вклвчакцой в себя:

- штсдаку расчета контактних налрякешШ для процессов холодного надавливания силошшх л полих стерюювих деталей с учетом упрочнения д'л£ормйрувмс>го металла;

- методику расчета параметров цикла нагружешя с учетом его асимметрии;

- методику оптимизации конструкций матриц по критериям максимальной стойкости или минимально® стоимости.

Дро/окческая тюнилоапь раЗоти состоит в том, что внедрение в

производство ее результат- •• иэзвсшяот. повысить стойкость матриц лч счет применения Оолео рациональных конструкций, поключавди пряцпяър) (Мшюо разрутэнио матриц; уменьшить стоимость и нчтоллоемкость юютру • манта; автоматизировать процэсс проектирования ниотрумчдта и сократить время на ого создание) и внедрэяш за счот устранения стадии дсподки » ироизводственши условиях.

РззраОоташая мэтодака проектирования используется в состава СЛ!!г ТП ХОШ. Разр:<г' п'чниая система используется на литоЯио-кузио'пгом эмю»; ПО ЕаАЗ, а такие в качестве одноЗ из технологически* подсисточ кпг» плоксноЯ АСТПП инструмента, разработанной в инженерном цантро гиОки* прошзюдстющмх систем (Щ ГНС) С-ПсЯТУ.

Апробация работы. Основнш результата работа доклад™,алчоь ча из учно-твхвическсм семинара "Ошт разработка и эксплуатации технологических линия сквозного автоматизированного проектирования и изгетопло пия двталоЗ в холодной та.шовочнои произшдстпо" (Ленинград, ЛЯ ГШ, 198В); на научно-методичоском семинара "САПР в кузивчно-щтпмновочн'»« производстве" (Косква, ЩГГП, 1900); на научно-техническом сешшаре "Автоматизация проектирования и изготовления штампов" (.Чонингрп^, ЛДНТП, 1990); па научно-тешшчасксм семинара "Пути гюпшршя стойкое™ пташов и формооОразугавго инструмента" (Москва, ИРДЗ, 19Э2).

Публикации по работ По материалам диссертации киеятся чотнра печатные работа.

Структура и одъея йлзеертевдах Диссертационная работа состоит из рбодония, пяти глав, заключения, списка литератур« и приложения. Работа , содержит страниц осноиюго токста, рясушоп, ^ таблиц.

СОДЕРЖАНКЕ РАБОТЫ.

Во введении обосновывается актуальность ггробломи, огцмдолягтги осношшз цоли и задачи диссертационной ррботн. Рагарнти научная пог.ит> но и практическая ценность работа.

Парная глава тюовяг.ана обзору и анализу литпратурних длтпллс о ми -годах проектирования и расчета инструмента холодней •ойь»т,в ч>тп«ч;>«-кя. Рассмотрены работн ото'иэстпетшх и аяруОокшх учонш, ююсящ читэльниЯ гклад н развит» катодвя проокти|ют«»тч пр'> пососи Х<>'3 ( !■>-лоеш! В.А., Пв'шчни.коп А.Г., И/шрнцсйЯ Г.Л., Врсп;поп 15.Д., Арт А.У., СтонаничиЗ Л.Г., И«рляч И.А., -"Л., !»,». , V:---«" Т

Ь., Разе В., Лангэ К. и др. ).

Анализ технологических особенностей процессов холодного выдавливания показывает, что техпроцесс холодной объемной штамповки строится на основе поэлементной штамповки. Используя принцип поэлементной штамповки предлагается классификация осасимметричных поковок, основанная на определении топологии формы детали и состоящая из восьми классификационных признаков: I, наличие полости; 2. полость большая или ма-лонькая; 3. гладкая боковая стенка или со ступенями; 4. наличие центрального выступа; 5. центральная выступ большой или маленький; Б. наличие уступов вверх; 7. наличие уступов вниз; 8. наличие отверстия. Представленная классификация макет служить основой для формального выбора технологического процесса в зависимости от Форш детали и использоваться ь системах САПР ТП Х01Д.

Рассматривая причины выхода из строя матриц холодной объемной штамповки мокно выделить следущиэ основные причины:

- случайные причини, связанные со сбоями в технологическом процессе;

- причини связанные с неправильным выбором конструкции инструмента и его расчетом.

Первая груша причин может быть ликвидирована путем совершенствования технологии изготовления заготовок и инструмента и использования средств технического контроля производства.

Устранение второй группы причин связано с решением комплексной задачи определения работоспособности конструкции матрицы, т.е. требует решения краевой задачи обработки металлов давлением с целью определения контактшх напряжений, краевой задачи теории упругопластичности для аналиаа напряженного состояния инструмента, анализа причин разрушения инструмента и определения усталостной прочности инструментальных сталей с учетом технологии изготовления и реашма нагружения, оптимизации конструкторско-технологичоских параметров инструмента.

Гешение задачи определения работоспособности матриц связано с созданием универсальной методики проектирования, матриц в основе которой лежит прочностной расчет инструмента. С целью создания такой методики проведена классификация конструкций матриц, в основе которой лежат основные конструктивные методы позволяющие увеличить прочность матриц: создание дополнительных сжимавдих напряжений и разгрузка зон концентрации напряжений. На основе представленной классификации разра-4

ботанп обобщенная конструкции лкчтрти, ««я^л-л.;*!» цу.ти .. .•.„ некоторых конструктивных элом«птов синтезировать лвОую из приводу шш п классификации конструкций.

Анализ современных методов р<эсчота нппряЕйпно-деф^мяронпгшог') состояния инструмента показиваот,что практически все соврсшт;»! методы расчетов базируются на использовании чкслошшх методов расчета, среди которых шгодно отличается метод йооэчшх элементов. Гасит !ЩС инструмента лежат в основе оценки ого прочности. Основга/м требованием к методам расчета прочности является учат .циклического характера нл-груковм.ч инструмента, что отражается я на решении задачи об отимгап-ция ксясгрукццй инструмента.

На основе проведенного анализа состояния вопроса сформулфовшш цели и задачи исследования.

Вторая глава посвящена определяли) контактных напряжений, возшт-капшх при прямом холодном шдашпгазгаш сплошных и полах заготовок из упротняивдгося материала. Совртюшше метода расчета атвшгаг.ого инструмента дают возможность достаточно точно определить напряженно-дефоргаровашое состояние инструмента при условт корректного определения контактных напряжений, действующих на гравюру штампа и условий его закроплешш. Определение контактных напряжений связано с ревенном задачи пластического деформирования заготовки в штампе. Как правило, _ _ подобные решения используют допущение о абсолютно жестком штампе, к п общем случае решение такой задача возможно только числоиными методами. Однако геометрические параметры процессов прямого холодного шдйпливз-кия позволяют успешно использовать аналитические метода расчета, среди которых наиболее широко используотся метод баланса работ и метод со-ьмэстпого решения уравнения равновесия и условия пластичности.

Для расчета контактных напряжений рассматривается прямое осастп-иетричное выдавливание в жесткой матрице с иороховатой поверхностью, состоящей из трех участков: I. цилиндрического участка диамотром ]>{ , ямядегося приемником исходной заготовки; 2. конического уч-четкл, ><•» которсм происходит основная дпформция; 3. калибрующего нилширичооко-го учостла диаметром 2)^ . осноптю допущения полученного ппалитичоо-г.ого ре'.зсния состоят в следуквдем:

- попользуется гипотеза а^ряческих подарочных сечений п очпге пластической дофсрмгцяи;

- угол коаушости кптрич'* ¿<60в , что oí^><я!<r»кл^•••^• отоу»«то

б

зон прал«ш1лтш;

- расчеты вшюдшнш с учетом упрочнения материала заготовки. Закон упрочнения нрииот в ЪИДЙ , ГДО <6$ • б*э предел текучести деформированного и недвформировашого материала соот-ьвтствошю, ¿1 - интенсивность деформации;

- используется вакои трения Зибедя Тн —/'1 . При учете трения полагаем, что какдай участок матрицы имеет свой когффйциент тршин, при раосмотрашш трения на неподвижной оправке полагаем, что кожймциевт трения рл0цр равен коэффициенту трения на коническом участке матрицы.

Рис. 1. Расчетная схема матрицы прямого холодного выдавливания

При расчете контактных напряжений, действующих нв участке калибрующего пояска принято, что деформируемый металл в втой области не претерпевает формоизменения и находится в упругом состоянии. Отсюда следует, что максимальная абсолютная величина радиального напряжения у стенки матрицы равна напряжению текучести в этой области.

Аналитические выражения для распределения контактных напряжений на коническом участке матрицы получены методом совместного решения уравнения равновесия и условия пластичности. Уравнения для рассматриваемых задач имеют вид: ' 6

с£бг , г(бг-6б) , г Г* п

___— ^----.......... - у

с(Рг 1)г Ъ^-

<16г , ?.Рг(бг-бв) ■ _ .

<">а -аопр) ~

«ответственно для задач о выдавливании- сплошной заготовки и полой |аготспян на неподвижней оправке. Уравнение пластичности принято п ви-;э бГ-бо=б3 • Для приведенных систем уравнений граничные условия 'Пределяетсл из рассмотрения напряженного состояния деформируемого ш-■аллв на участке калибрующего пояска. Результатом интегрирования яадя-1тся шражонеия для бг я бд ¡¡а поверхности конического участка атрицн при принятом закона трония.

Яри расчете контактных напряжется на приемном участке матрицы -ринимавм, что материал заготовки деформируется упруго. При этой прод-олоеянии величина удельного усилия на пуансоне отличается от величиям явления в началэ конического участка матрицы в сняли с действие» сил рения на контактной поверхности заготовки и матрицы, арадиальнно наряжения, действующий на станке контейнера на расстоянии Л от на-зла конического участка определяются из выражений:

к в^а • ?(><•*>/ + ¡Чырйоц))

ютветственно для задач о выдавливании сплошной заготовки и полой зз-)ТОВКИ на неподвижной оправко. .

Проведенный расчетный анализ влияния коэффициента трения и степз-г деформации показал, что наибольшее влияние на значение контакта« ¡пряяений и .~,г ••" •лень деформации. Функция удельного усилия на пуан-1нз от величины у!ла конического участка матрицы имеет лгапинуи при 1x60°.

Для проверки разработанной методики проведены экспоршенталыпм следования контактных напряжений, действующих на мэтрицц с различней оматриой. Исследования проводились шляриззционно-оитичэскш готодоч

т

1гаО

lia установке KCU-7 ш плоских моделях, воспроизводящих меридиональные св'шт исследуемой матрица. В качестве оптического чувствительного материала для моделей использовалась смола ЭД-16М. В качестве моделей поковок использовалась свинцовые заготовки. В результате оксшримепта били цолучеш картины изохром и изоклин. Расшифровка проводилась методом разности касательных напряжений. Расхождение между расчетными эпюрам контактных напряжений и нолучйндшя экспериментально не превыше? '16-20%, при отом расчетная мотодшса дает веришв оценку, что допустимо при прочностном расчете матриц.

Третья глава посвящена исследованию закономерностей нвгрухения и разрушения матриц прямого холодного выдавливания- В матрицах для холодного надавливания значительна пластические деформации не допустимы, а малые пластические деформации являются источником трещин. При этом аоиа малых пластических деформаций располагается в зоне внутреннего угла, где действует концентратор напряжений в меридиональном сечении. Роль концентратора различна при различных геометрических и тех вологических параметрах. При этом наибольшие тангенциальные .напряжена: 6t возникают в матрице во время рабочего хода и приводят к ее раз рушению в меридиональной плоскости. Наибольшие осевые напряжени Qi возникают в цельной матраце во время обратного хода и приводя к ее разрушений в горизонтальной плоскости. Анализ действия сил кон тактного трения позволил выявить их связь с осевыми и тангенциальным напряжениями. С 'учетом возможной малой пластической деформации в кон центраторе напряжений цикл нагружения можно характеризовать тремя пс раштрада: 6ttp - средним напряжением за цикл, £tcp - средней дефор мацией за цикл, tSt - размахом деформации за цикл.

Для оценки циклического характера нагружанкя в работе использо ване модифицированная диаграмма предельных напряжений, которая строит ся для принятого числа циклов нагружвния и представляет собой геомет рическое место точек усталостного разрушения в случав одноосного на пряавнного состояния для заданного числа циклов. В качестве механичес кой характеристики для оценки усталостного разрушения использован главное нормальное напряжение, которое для матриц с выраженным кон центратором напряжений совпадает со значением тангенциального напряхе ния.

Четвертая глава посвящена анализу напряженно-деформированного состояния матриц для прямого холодного выдавливания. Расчет НДС выполнен 8

с помощью метода конечаш адамантов в упруго-пластической постановка с использованием теории малых упруго-пластических деформаций. В соответствии с принципами МКЭ сечения матриц разбивали на четырехугольные изопараметричэские элемента с 8 узлами в каждом элементе, йнбор элементов с квадратичной функцией перемещений связан с необходимостью расчета ВДС в зоне концентратора напряжений, имеющего форму переходного радиуса. Расчет ВДС выполнялся с целью определения комплексного влияния геометрических параметров и граничных условий на зпачевия ВДС матрица, а также с целью выбора расчетной схемы матрицы и определения ее влияния на уровень ВДС.

В качества расчетных приняты конструкции, имеющие следующие соотношения основных геометрических параметров:

ВМ = [1.5 - 2.53; а^М « 10.5 - 0.8); Г/<1 = [0.05 - 0.15];

2Л =[30 - 90]*

При рассмотрении прцесса прямого холодаого выдавливания на оправке значение диаметра оправки принимает значения: ^цр/^ = 10.2 - 0.51 Расчеты проведены для трех вариантов задания граничит условий: -первый вариант соответствует упрощенному заданию граничных условий, т.е. контактное напряженно р постоянно по высоте гравюры матрицы. Действие бандажа заменяется действием постоянного по высоте давления ч .

-второй вариант соответствует прямому холодному выдавливанию упрочняющегося материала без оправки. Контактные напряжения определены с учетом упрочнения деформируемого материала по методике, приведенной в главе 2. Действие бандажа имитируется введением граничных жесткос-тей. . .

-третий вариант соответствует прямому юлодному выдавливанию упрочняющегося материала на неподвижной оправке.

Для определения влияния геометрических параметров и параметров, отражающих условия нагружения и закрепления мтрицы, использовался метод планирования эксперимента с варьированием значений аа двух уровнях. Варьируемые геометрические параметры приняты в виде безразмерных комплексов:

X, = 1)/(1; Х2 = а^/й; Хд = т/й; Х4 « ¿. В качестве варьируемых параметров, отражающих влияние граничных условий приняты параметры:

для первого варианта:

% = ^/бш • Хб = Р/бхш

где - предел текучести штамповой стаж;

х5 = 10.09 - 0.201; х6 = С0.32 - 0.68) для второго варианта:

Х5 = в. $6. $¡1x1 Х6 = б'хо/йце

где йс - диаметр бандажа, - диаметральный натяг между матри-

' ней и бандааеы.

Х^ = [0.016 - 0.0Т2}; Хб = СО.0)6 - 0.0483' В качестве функций отклика приняты параметры, характеризующие цикл пзгрухеотя матрицы:

б^/б"«, £(я>

Для расчета первого к второго вариантов- расчета использовалась волурешшш полного факторного эксперимента 2® . В итоге получены уравнения регрессии. Например, для второго варианта расчета:

бир/ б^-о.оаош.оэзх^о. 42ах2+1. 100X3+0. 487х4+о.965хб+1 .гоох^ -0. СВ311Х2-0.124X^-0.065X^+0.813X^-0. ПГ^Ц-О. АЭЩХ^--1.30X2X5-2.88X2X2-3.83Х3Хв-1Л7Х4Х5+2.36Х4Х6+9.16Х5Х6.

£ I с? =-0.65-0.2421-0. ВОз-3.41X3+ 4.20Х4-7.51ХБ+5Э. 5X^+0.63Х1Х2+ +Г. 62X^-0.6БХ£Х4+2. ■79X^-5. ВЗл-^+З 4 ЙТХ^-З.51Х2Х4+14. ВХ^--49.2X^+4.68X3X^.123. 0Х3Хс-12. 0X^+26. 7Х4Х6-147. ОХ^.

л^ =-1.83+0.26^+1.26X3-1.19X3+4.79X4+0.97X5+35.1x^0.50x^4+ +2. бТ^Хд-Б .22X3X4-43.2Х2Х6-2.14X3X4+27. 2X4^-64.7X5X5.

Оценивая влияние конструктивных и технологических параметров на параметры цикла нагружвния мокко отметить,что наибольшее влияние оказывает контактные напряжения, что выражается параметрами Х2 и т.к. при расчете процесса деформирования упрочнявшегося материала .уровень напряжений звшект от степени деформации металла. Тагам образом, Бвдувда конструктивным параметром является соотношение Л^/й . Оба варианта расчета показали такая значительное влияние на параметры цикла когруяеняя конусности матрицц. В исследуемом диапазоне значений параметра 0/(1 5< г/<1 оказывают существенно меньшее влияние. В тоже . время зва'юияя параметров В/а и г/Л становятся Солее зиачшодми с ' 10

ростом 4- .

На основе результатов, полученных во втором расчете, при расчета процесса прямого вдавливания полой заготовки на пэяодвиглой оправке не учитывалось влияние геометрического параметра г/й и параметра ё-ьЫ^/Ъ-ё. ( их знэтешя приняты максимальными ). Таким образом имеем:

б<с?/?4|г=-0.243ь0.г09хг+0.274хг+0.0г1ха+0.39114+0.32,!гх5-0л33х1^-

-0.079X^+1. 2.Ь11Х5+0. ШХзХд-0.405X2X4-1.927X3X5-0.046Х3Х4 --2.13X3X5+1.74X4X5. .

¿Н* =-2.06+0.18X^1.22Х2+2.70Х3+2.71Х4+-44.9Х5+1 Л6Х, З^-О.ЭЗХ,^--о. бзх1х4-ю .6x^-2.93X3X3-4. ебх2х4-бе. зх^+з. 16X3X4+25.0X3X5+

+37.3Х4Хб.

д £г =-з.оэю.бохг+3.57X2+1.46X3+5.зех4+зз.ах5-о.25x^-0.7ахл4-

-2.31X2X3-6.34X3X4-61.2X3X5+1.17X3X4+16.2X3X5+34^9X4X5. где хх = В/й; = а^/й; Х3 = (^щ/^; Х4 = £ ;

Х5 = 6>о/0>ц

Полученные зависимости используются для оценки статической и циклической прочности; матриц. Оценка статической прочности проводится по параметру ¿шаг , ДО оценки циклической прочности используется диаграмма Смита для тампона- сталей. Если рассматриваемая цельная конструкция матрицы не удовлетворяет условии прочности, то в этом случае для предотвращения разрушения матрицы необходимо переходить к разъемной конструкции, обладающей большей прочностью. Таким образом, полученные результаты дают ответ на вопрос о рациональном применении цельной или разгешой конструкции матрицы. По результатам расчетов представлены диаграмма прочности матриц, отражающие возможность варьирования параметров Х1 и Х5 для изменения прочности матриц.

Пятая глава посвящена проектированию оптимальных конструкций матриц. Проектирование штампового инструмента, как часть проектирования технологического процесса в целом должно бить основано на методах системного анализа. Основными этапами такого анализа являются:

- разработка системы критериев оценки стойкости штампов;

- построение имитационной модели для воспроизведения значений этих критериев при различных параметрах управления;

- определение метода выбора оптимального конструктивного решения.

Исходнши данными для проектирования служит чертеж изделия, материал изделия, тидорнзшр итадаовочного оборудования, программа выпуска. Перед конструктором стоит задача выбора управляющих параметров, к которым относятся: материал инструмента, реким его термообработки, технологическая смазка, схема оснастки, основные размеры элементов кострукцяй. Возможности внбора каадого из этих параметров различны. Среда управляющих. факторов наиболее значимым является конструктивная ' схема. Синтез конструктивного решения предполагает рассмотрение всех возможных вариантов конструктивных схем для .реализации поставленной задачи. Осаоьой для выдвигания альтернативных вариантов может служить классификация конструкций матриц, приведенная в главе I. В сочетании с возможностью выбора различных манговых сталей и их термообработкой количество альтернативных вариантов практически не ограничивается. Поэтому полностью формализовать процесс внбора конструктивного решения невозможно и во многом эта задача решается благодаря опыту и интуиции конструктора. Однако имеющийся производственный опыт позволяет значительно снизить количество альтернативных -вариантов, отбросив заведомо нетехнологичные и малостойкие конструкции. Возможности использования птямяовых еталзй, как правило, тагаве ограничиваются несколькими наименованиями. В этих условиях рассмотрение альтернативных вариантов можно условно организовать от "простого" к "сложному" т.е. в качество предварительного выбора конструктивного решения использовать конструкции матрица- с цельной вставкой. Если такая конструкция не удовлетворяет условию прочности, то рассматривается разъемная конструкция с проверкой по условию прочности. Принятое конструктивное решение затем оптимизируется по некоторому принятому частному критерию. .Таким образом, укрупношо проектирование мокна представить как двухуровневую иерархическую систему. Верхний уровень (синтез) - выбор схемного резания, второй уровень -- оптимизация ¡грннятого конструктивного решения по некоторому частному критерию.

Наиболее обще.! критерием оптимизации конструкций матриц может служить приведенная стоимость каарицц <Т т.е. отношение оо стоимости к стойкости. Минимизация критерия Л требует решения двух задач: обеспечения максимальной стойкости и минимальной стоимости. Однако такал постановка задачи ылюжзациа является некорректной. м.нкно ставить • л«эь задачу отнекзштя окстградуна дчя одного критерия пахлэдмюя огра ■

ничения на . другой. Такая постановка задачи соответствует двум талая задач, часто встречающимся в конструкторской практика:

- создание металлоемкой конструкции, обладающей заданной стойкостью;

- создание конструкции матрицы определенной металлоемкости, обладающей максимальной стойкостью.

Для оценки влияния конструктивных параметров и свойств штлмпового материала на стойкость матрицы использовалось условие мэлоцикловой прочности матрицы, на основании которого среднее число циклов нагревания матрицы определяется по формуле:

Частный критерий оптимизации ^ мокно представить в виде целевой функции ^ = Н таз .

Рассматривая оптимизацию конструкций матриц по, критерию стоимости, частный критерий оптимизации ^ представляется в вида целовсЯ функции:

¿2 = С = См * Ум + Сб * В1П . ,

где См , Сб - стоимость вставки матрицы и бандажа соответственно;

V , Чб - объем вставки и бандаха. Отсюда видно, что при проектировании металлоемких конструкций матриц задача минимизации стоимости совпадает с задачей минимизации их металлоемкости.

Необходимо отметить, что частный критерий оптимизации Л^ па может быть исследован на экстремум т.к. включает в себя линейные модели бир и £t . Частный критерий имеет единственный экстремум, соответствующий условию равнопрочности матричной вставки и бандажа.

По результактам расчетов представлены примеры рассчитанных оптимальных конструкций.

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Разработана классификация освсиммотричпих поковок, получаемых методами холодной обшмной штамповки. Для рассмотрения альтернативных

13

вариантов конструкций инструмента построена морфологическая матрица конструкций матриц прямого холодного выдавливания.

2. Разработана методика расчета контактных напряжений для процессов ирямого холодного вадавлявшия сплошных и подих заготовок с учетом уттрочнэния деформируемого металла. Проводивши анализ влияния коэффициента трения к степени деформации показал, что наибольшее влияние на значения контекта« напряжений имеет степень деформации. Разработанная методика позволяет также определить технологическое усилив, необходимее для осуществления операции прямого холодного выдавливания.

3. Установлено влияние конструктивных и технологических параметров процесса ХОШ на вид разрушения матриц прямого холодного вдзвлива-рид. [(оказано, что с учетам малой пластической деформации в концентраторе напряжений цикл нагружошм можно характеризовать тремя параметра-!.ш: средним, пшрялониэм аа цикл, средней деформацией за цикл, амплитудой деформации за ¡утл.

4. Исследовало комплексное влияние конструктившх и технологически царамнтрой процесса прямого холодного выданливашш на параметры цикли нагруювия матриц. Установлено, что наибольшее влияние на эти иорамотри оказызаэт степень деформации заготовки и угол конусности матруцы.

5. 11а основании расчета напряженно-деформированного состояния матрицы с учетом влияния реальных контактных напряжений и асимметрии цикла погружения определена области рационального использования дальних и разъемных конструкций матричных вставок в области, варьирования параметров наружного диаметра матрицы, диаметра бандажа, диаметрального натяга между матрицей и бандэж&м.

6. Разработана схема проектирования конструкций матриц прямого холодного выдавливания, в которой используются полученные математические модели для анализа прочности матриц, что обеспечивает проектировэ-ало оптимальных конструкция матриц, удовлетворяющих условию прочности.

V. Поставлены и решены онтимизациошшо задачи на основе частних критериев опгамизащм - зчдячи минимизации стоимости матрица и мпкеи-кимцки ее стойкости. Ка основе получешгох результатов разработаны гф15«<)[14 оптимальных конструкция матриц.

■ 8. Истш.зо1мяие рааультатов работы позволяет:

- увеличить стойкость инструмента на 20—за счет приютен»!« боже рицзднчлмго конструкций;

- уменьшить металлоемкость а стоешсть инструмента на IQ-IK; -

- сократить время проектирования инструмента в 3-5 раз я повисать качество и надежность результатов проектирования.

Основное содержание диссертационной работы отраюто в слвдувцях публикациях:

1. Аксонов Л.Б., Кокорш U.C., Рудаков ИЛ). Расчет прочности и опткмззацня деформируицэго инструмента объемно» втшповкя- // Опыт разработка и эксплуатации технологлческяа; линий сквозного автоин'пт-ровятюго проектирования и изготовления деталей в холодогатшвокодом производстве. Л.: дата, 1983.

2. Кокорпн И.С., Рудаков ÎJ.D. Применение математической «одели прочности в САШ5 штампов. // Автоматизация проектирования и яаготоплч-пая шт-ьшов. Л.: ДЩГГП. 1990.

а. Аксенов Л.Б., Кокорзн U.C., Рудаков ¡5.Ю. Проектирование штампов для объемного дофэргдфОБгагая на основа прочностного расчета. // Прогрессивные технологические процессы в неааностроании. Сборник яэуч-пнх трудов. Л.: I3&0.

4 Аксенов Л.В., Кокорин U.C., Рудаков U.C. Оагнмизацаа конструкций ытампов на основе прочностного расчета. // Повншпио качества изготовления изделий в машиностроении. Ыэжвуз. сборкам научит трудов. Л.: ЛШ 1990