автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.05, диссертация на тему:Технологические отказы при формообразовании деталей из листа эластичными средами

„л

ШЛ('УНОВ ЛНД!>ВЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИ!'; отклиы НГИ ФОРМООШ'ЛЗОВАНИИ ДКТЛЛЕЙ 115 ЛИСТА 3Ллс! 114111,1 \1И С Г1.ДЛ м и

Специальность 05.03.05 - Процессы и мяншмм обрпбонш лаплстюм

иП ()ГК<1>!.1'Л I

лпссерыцнн »а соискание ученой стенени канлилятя технических ¡ы\ I-

Воронеж - 1У98

Работа выполнена на кафедре "Прикладная механика" Воронежского государственного технического университета

Научные руководители:

д-р техн. наук, проф. Дель Г.Д., канд. техн. наук, доц. Стогней В.Г.

Официальные оппоненты:

д-р техн. наук, ироф. Годьник Э.Р., канд. техн. наук, Баскаков С.Т.

Ведущая организация

АО Эникмаш (г. Воронеж)

Зашита состоится "15 " апреля 1998 г. в 14 часов в конференц-зале на заседании диссертационного совета Д 063.81.06 при Воронежском государственном техническом университете по адресу: 394026, г. Воронеж, Московский проспект, 14.

Ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатью, просим выслать по указанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского государственного технического университета.

Автореферат разослан "13" _марта__1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Болдырев А.И.

ОБЩАЯ X Л РЛ (ПК I'ИСТ 11 К Л ГАЬОТЫ

Актуальномь работы.. Повышение производительности т шла, улучшение качества легален являются одной из важнейших целей обработки давлением. Эффективным и лс1 ко внедряемым методом является штамповка эластичной средой. Особенно ценен лот метод для опытного и мелкосерийног о произволе та, где характерны большая номенклатура детатей, частая сменяемость изделий, а также сжатьгс сроки подготовки производства.

Очевидным требованием к разрабатываемому технологическому процессу является получение детали заданного качества. Для получения качественной дета те из листа необходимо обеспечение требований прочности качества формы и точности поверхности. Необходимым условием для этого является отсутствие технологических отказов, под которыми понимается появление браковочных признаков в виде локализации деформации с последующим разрушением, разрушения из-за недостаточной пластичности материала заготовки, образования гофров и складок и т.д. Критерии качества являются основой моделей технологических отказов и с их учетом можно наметить новые методы и технологические решения, улучшающие качество изделия. При проектировании процессов штамповки 1:1:1-сшчньши средами необходимо учитывать, чю отказы в большинство операций взаимосвязаны и определяют предельные возможности при данном способе ведения процесса. В некоторых случаях де!аль отбраковывается еще до достижения я тих отказов, если к ней предъявляются дополнительные требования качества, например, по точности кошура детали (оценка иружинешм).

Для проектирования технологического процесса необходима информация о предельных характеристиках материала, которые невозможно получить из стандартных испытаний и технологических проб. Необходимо проведение исследований, позволяющих в полной мере оценить возможность и характер появления технологических о1ка!ов, разработан, меюды оценки устойчивости деформирования, которые бы позволили связан результаты простейших механических испытаний с параметрами, характеризующими предельные возможности операций, выявить взаимосвязь между отказами и наметить новые технологические решения для обеспечения качесша изделия Ароматизированное проекшроланне операции позволяс) решшь )ту задачу в комплексе 11а основе нмшационного 'эксперимента можно проанализировать различные варианты (схнологии и выбрать оптимальный процесс, обеспечивающий заданные параметры качества.

Работа выполнена в соответствии:

перечнем критических технологий федерального уровня, направлением 2.6- 1 "Интеллектуальные системы авгоматшировашюго проектирования и управления";

планами госбюджетных и хоздоговорных НИР: ГБ 91.02, 96.02 "Автоматизированное проектирование операций и элементов конструкций";

научным направлением "Автоматизированное проектирование операций листовой штамповки" кафедры "Прикладная механика" Воронежского государственного технического университета (ВГТУ).

Тема работы включена в основное направление ВГТУ "Компьютерная механика и автоматизированные системы проектирования технологий и конструкций машиностроения и аэрокосмической техники".

Цель работы. Повышение качества деталей и эффективности производства на основе исследования условий появления технологических отказов и возможностей их предотвращения путем создания комплекса расчетных методов, методик и программного обеспечения по проектированию процессов формообразования эластичными средами.

Для достижения указанной цели поставлены задачи исследования:

1. Разработать расчетные методы прогнозирования разрушения при локализации деформации для предотвращения этого отказа при штамповке эластичными средами.

2. Разработать методы оценки вероятности разрушения при недостаточной пластичности материала.

3. Разработать модели прогнозирования и предотвращения технологического отказа в виде гофрообразования.

4. Разработать модель расчета устойчивости процесса формообразования выпуклого участка контура детали но прижимной опоре.

5. Разработать математические модели оценки точности детали и связанную с ней методику корректировки инструмента с учетом пружинсния.

6. Реализовать разработанные методы и расчетные модели технологических отказов в системе компьютерного проектирования и внедрить ее в производство.

Научная новизна. Прогнозирование отказов позволяет предсказывать характеристики детали до ее изготовления, что дает возможность планировать качество деталей. Разработаны модели и методы оценки появления отказов при штамповке деталей эластичными средами: потери устойчивости деформирования при локализации деформации и гофрообразовании; разрушения при недостаточной пластичности материала. Создана модель по оценке пружинения борта для прою-

вольного контура детали. Предложены методики эффективного использования возможностей процесса и современного оборудования: решена задача о назначении числа переходе»! и проектировании гсомории инструмента на всех переходах, определены предельные энергосиловые параметры процесса; разработан метод расчета процесса формообразования борта выпуклого контура с использованием опоры.

П11аетическая_цен1кн;х'!. Использование разработанных моделей оаказов в промышленных компьютерных системах по моделированию операций штамповки эластичными средами позволяет выполнить оценку технологичности конструкции детали, сократить время технологической подготовки и пыбрать оптимальный технологический процесс. Система используется при подготовке производства: проек тирование процессов штамповки конкретной детали на конкретном оборудовании; проектирование новых видов инструмента и оборудования.

Достоверность результатов и выводов работы обеспечена корректной постановкой задач, аргументированными допущениями, использованием надежных и эффективных методов исследования, проведением чнелешшх и экспериментальных тестов. Научные положения и практические результаты подтверждены опытно-промышленными испытаниями разработанных технологий.

1и?омыи1лгашм^садизация. Па основании предложенных моделей и методик прогнозирования технологических отказов спроектирована компьютерная система расчета операций формообразования детален эластичными средами. Сис-1ема прошла промышленные испытания па предприя тиях авиационного комплекса в арапе и за рубежом, по пей рассчитаны операции штамповки более 250 деталей для авиационных фирм "ЛН1Ю81'Л 11ЛЬЕ", "ПД88ЛиЫ'" (Франция), "ВОПИМО" ЬеаШе (США). 13 настоящее время система эксплуатируется на предприятии Воронежского акционерного самолеюефоигелыюго общества. Изготовление ряда до алей из листа нслшлило подтерли п, рабои>епособлосл. предложенных меюдик и моделей, а также разработанной системы. Акт внедрения приведен в приложении.

Апрофншя работы. Результаты исследований были доложены н обсуждены

на

научных семинарах на фирмах "АЫШЫ'А'ПАЬВ" (Франция) (1995% и "ВОНТМП" (США) (1996);

научном семинаре в Высшей школе Нанта (Франция) (1996), ежегодных конференциях профессорско-преподавательского состава ВГТУ (Воронеж, 1994 - 1997).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано пять статей в центральной печати.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, списка литературы и приложения, содержит 144 страниц текста, 57 рисунков, 4 таблицы и список литературы из 98 наименований. Общий объем работы 224 страниц. ч

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении формулируется тема, обоснована се актуальность, определены цель и задачи исследования, показаны научная новизна и практическая ценность, сформулированы основные положения, выносимые на защиту,

В первой главе проведен анализ состояния вопроса и сформулированы задачи исследования. Изучены причины возникновения технологических отказов, критерии и методы их оценки в процессах штамповки эластичными средами. Отмечен большой вклад, который внесли в исследование явлений потери устойчивости в процессах штамповки эластичными средами и в разработке общих теоретических положений, используемых при рассмотрении вопросов устойчивости и разрушения отечественные и зарубежные ученые: А.Ю. Аверкиев, Н.М. Бирюков,

A.A. Богатов, В.Д. Головлев, Г.Д. Дель, A.A. Ильюшин, Е.И. Исаченков,

B.Л. Колмогоров, А.Д. Комаров, М.И. Лысов, А.Д. Томленов, Г. Бакхауз, 3. Мар-циняк, К. Кучинский, Р. Хилл, Ч. Свифт и др.

Основными технологическими отказами при штамповке эластичными средами являются: разрушение при недостаточной пластичности материала, разрушение после локализации деформации, образование гофров и складок, пружине-ние. Условие неустойчивости растяжения часто трактуется как условие возникновения недопустимо больших утонений. При обеспечении прочности по ресурсу пластичности рассматривают критерии, прогнозирующие разрушение по величине накопленной деформации. Возможности процесса, связанные с качеством формы, реализуются при соблюдении устойчивости сжатая. Однако следует отметить, что условия устойчивости растяжения и сжатия очень часто (при вытяжке в жесткую матрицу или по жесткому пуансону, формообразование борта выпуклого контура с использованием опоры и т.д.) ограничивают процесс формообразования как бы с двух сторон. Так, при отбортовке выпуклого контура по опоре увеличение ширины зазора между опорой и формблоком, повышает вероятность образования гофра, но снижает вероятность локализации деформации. Точность детали зависит от правильно оцененной величины пружинения и энергосиловых

возможностей оборудования, обеспечивающего оформление заготовки по инст---------

— рументу.--------------------------

Анализ работ отечественных и зарубежных ученых показал, что прогнозирование технологических отказов осуществляется либо на основе критериев достаточно общего характера (например, на основе критерия деформируемости В JI. Колмогорова), либо при использовании эмпирических критериев ("например, расчеты Н.И. Исаченкояа по определению предельных деформаций при огбортов-кс вогнутых контуров), В первом случае применение критерия к конкретной операции требует проведения достаточно объемных исследовании. Во втором же случае имеются ограничения геометрического характера, и ни критерии могут, как правило, использоваться лишь для определенных материалов. Поэтому эффективность их применения при расчете операции снижается.

При проектировании технологического процесса требуется получить деталь задашюго качества и по возможности оценить вероятность появления браковочного признака. Это невозможно сделать без использования математических моделей технологических отказов. Той же цели получения качественного изделия служит и задача определения оптимальных технологических пзраморон процесса на основе тестирования по различным видам технологических отказов.

Проведенный анализ состояния вопроса позволил сформулировать цель ра-бо1ы и задачи исследования.

В_у_^о1трй_ГДаве рассматриваются условия возникновения и способы предотвращения технологического отказа, связанного с разрушением материала (при локализации деформации и при недостатке пластичное! и).

При от бортовке вогнутого контура неустойчивость растяжения возникает на кромке фланца борта, а разрушение при недостатке пластичности в области радиуса изгиба Отношение главных cKopocieii деформаций и ориешация главных осей деформаций в процессе деформирования останься примерно постоянными. Это позволяет использовать экспериментально построенные диаграммы предельных устойчивых деформаций (ДПД) или диаграммы разрушения (ДР) для прогнозирования отказов. Предполагается, что если выполняется условие

с><</. (1)

где е - наибольшая гп деформаций в плоскости листа деформируемой заготовки, *

а с - предельная деформация, определенная но ДПД или ДР, то деталь не будет иметь областей сосредоточенного утонения или разрушения.

При разработке технологических операций штамповки эластичными средами оценку возможности отказа производят по коэффициенту запаса или по вероятности отказа. Запас по устойчивости или разрушению определяется как наименьшее из вычисленных в различных точках заготовки отношений

п = eje. (2)'

Вероятность появления отказа:

Р =-

1

|ехр

(

(х-п)

,2 Л

■dx.

(3)

42я-а{п) 0Г',Ь\ 2 а2(п)

Здесь сг(и) - среднеквадратическое отклонение коэффициента запаса; х - переменная интегрирования.

Достоинством оценки по вероятности отказа является ожидаемая близость к проценту брака. Однако при этом требуется знание статистических характеристик материала <т(п), информация о которых весьма ет-раниченна. На рис. 1 представлена зависимость коэффициента запаса устойчивости и вероятности отказа Ри

от высоты борта к при отбортовке вогнутого контура. Недостатком оценки вероятности отказа является также очень малая область, в которой харак-

Аг— "и

P"J

—

i i i

Ри, %

80 60 40 20 0

10,0

20.0

30,0 Рис. 1

теристика отлична от 0 или 100 %. Это затрудняет оптимизацию операций при использовании в качестве критерия оптимальности вероятности отказа. Недостатком же использова-40 О И мм ,шя коэффициентов запаса является их независимость от разброса характеристик материала.

Следовательно, прогнозирование вероятности появления отказа необходимо производить по обеим характеристикам одновременно: по коэффициенту запаса пи (2) и по вероятности отказа Ри (3), а недостатки каждой оценки учесть при назначении допускаемых коэффициентов запаса [л].

Для процессов деформирования, в которых отношение главных скоростей и ориентация главных осей деформаций не постоянны, разработана математическая модель расчета деформаций устойчивости и разрушения с учетом истории дефор-

мирования. Преимуществом расчета является учет неоднородности листа, что необходимо для сплавов, имеющих большой разброс свойств Параметр неоднородное™ листа А феноменологически характеризует локальное (в виде узкой канавки) уменьшение толщины листа за счет всех дефектов. В зоне канавкн возникает шейка и происходит переход от общего печения материала к локальному. Предельная деформация соответствует моменту образования шейки. Установлена за*

внсимость между величинами Ане, причем учитывается возможная зависимость параметра неоднородности от направления относительно прокатки.

Расчет ДПД применим к изотропным, транспсрсально-шофошшм и орто-тропиым листовым материалам. Уравнения пластического состояния листа записаны на основании следующих допущений: начальная анизотропия описывается по Хиллу, деформационная анизотропия по Бакхаузу. Промежуточная термообработка (отжиг или закалка) восстанавливает пластичность не полностью и в разной степени в зависимости от степени деформации на предыдущем переходе, вида термообработки и марки сплава. При описании многонереходного деформирования используется модель материала, предложенная Г. Д. Делем и В.В. Елисеевым, и решена задача корректировки предельных деформаций в случае многопереходного деформирования. Разработанный метод расчета ДПД учитывает историю деформирования, то есть изменение парамегра вида деформированного состояния а и величину деформации заготовки на каждом переходе

При расчете ДПД часто пренебрегаю! различием свойств ма<српала в зависимости от направления к прокатке. Как показали расчеты для ортотроп-ных ма1Сриаиок (сплавы 1420, 1423) пренебрежение зависимостью свойств от направления в плоскости листа может приволшь к значительной неточности расчета предельной деформации. На рис. 2 приведены ДПД сплава 1420, которые свидетельству-Ю1, 41 о только при а < 0 существует

-0.6 -0.4 -0,2 0 0.2 0,4 0,6 0,8 а Рис. 2

оптимальная ориентация заготовки, при которой предельные деформации ^ оказываются наибольшими, а следовательно, вероятность разрушения Ри наименьшей. В приведенном примере оптимальный угол ориентации (р — 45°.

Разрушение может возникнуть на любой стадии формообразования. Материал во время многопереходного деформирования испытывает сложное нагруже-ние. Поэтому используется тензорное описание накопления повреждений. Компоненты тензора повреждений определяются по соотношениям

( \

0.5 +

ë-dê/2

еР («)

de_

0.5 +

ê-dêj 2

(4)

где е к с[ё - эквивалентная деформация и ее приращение; ер (а) - функция, аппроксимирующая диаграмму пластичности; с/ет, с1е, - приращения меридиональной и окружной деформаций; п - число шагов деформирования. По величине второго инварианта тензора повреждений

<РР=2(пгт+11+Пт-ч) (5)

определяется коэффициент запаса пластичности

1

пР =

-0.5 + ^0.25 + 2-д^

(6)

Результаты исследований, направленных на разработку методов прогнозирования отказов, связанных с разрушением материала, позволяют рассчитать параметры многопереходного деформирования по алгоритму, предложенному Г.Д. Делем. Оптимизационная задача решается следующим образом. Пусть п^у

..., п^ - коэффициенты запаса по технологическим отказам на данном переходе,

а [м]( - допускаемые коэффициенты запаса Геометрия инструмента на всех переходах. кроме последнего, определяется таким образом, чтобы удовлетворялось условие

mink«)/Wf} ->max. (7)

Здесь минимум определяется по всем переходам и отказам. При отборговке вогнутого контура в два перехода условию (7) соответствует равенство запасов

устойчивости на первом и втором переходах. Если е) - окружная деформация па первом переходе, найденная т укачанного выше условия, то номер шага дефор-

мировапчя -к 'г после "которого" необходимо" произвести термообработку, определяется in неравенства: е( ¡Л1 - 1J< cj < е [¿'J.

Для определения предельных параметров процесса штамповки эластичными средами спроектировали и изготовили экспериментальные устройства: штамп для вытяжки эластичным пуансоном в протяженный узкий канал мафяцы (« - 0). штамп для формовки в круглую и эллиптическую матрицы (0 < а <]). Экспериментальные исследования проводили методом делительных сеток, для чего разработан компьютерный способ изготовления эталонной сетки из системы окружностей и ортогональной сетки. Это позволило существенно снизить трудоемкость ее нанесения на образец и повысить точность определения деформаций.

В третьей главе выполнено исследование условий появления отказа, связанного с неустойчивостью сжатия (образование гофров и складок), разработаны методы оценки появления и предотвращения этого отказа.

Потеря устойчивости происходит при сжимающих окружных напряжениях (су2 <0). Принимается, что далее это напряжение вплоть до саморазглаживания гофра ранно пулю (чиненное напряженное состояние). При тестировании операций отбортовки иыпуклого контура принято, что гофрообразованме начинается при достижении ишшой деформацией с? величины критической, которая определяется бифуркационным методом

Г , „ . ч ч Л f

10.7 -к2

1 (1 •- п) (2 - т)

1} ■ W

{2-т 4 (]-т + пГ)у где I толщина листа заготовки; т = " отношение главных деформаций; п-

- покупатель унречплшя материала; к - число волн гофра на длине Я"-//2, определяемое экспериментально; I - длина волны возмущения.

Условие саморазглаживания гофра записывается в виде

е7<е'7, (9)

где <'2 - деформация, отсчитываемая с момента потери устойчивости; е, - деформация, определенная в предположении об устойчивом деформировании.

Дли количественной оценки степени образующихся гофров и складок ис-полыовап параметр тофрообшзования

8 = и(е'2-е2)-сИ. (10)

11

Допускаемое значение этого параметра зависит от требований к точности детали. Так, если в конце операции

^ (И)

*

где - нижнее значение допускаемого параметра, то деталь получается годной и

*

доводочные работы не требуются. Значение g^ определяется экспериментально.

Предложено, в частности, следующее выражение этого параметра при от-бортовке выпуклого контура

/

/ =1п

Vя/

■ м>'

к1'

где Л - высота борта детали; Еу - радиус детали в плане; и, - коэффициенты аппроксимации, полученные экспериментально. Если

g¡<gíg*2, (13)

то появляются остаточные гофры, которые могут быть подавлены к концу операции избыточным давлением. Если

g>g*2, 04)

*

то появляются складки и брак является неустранимым. Здесь " рассчитанное по формуле (12) верхнее значение параметра гофрообразования. В работе приводятся коэффициенты аппроксимации и, и> (12) для алюминиевых сплавов

(Д16ЧАМ, В95АМ) и сталей (12Х18Н10Т, 08кп, 30ХГСЛ), необходимые для + *

расчета и

При использовании условия (11) или (13) необходимо знать давление разглаживания гофров, которое определяется согласно энергетическому критерию, записанному как условие неустойчивости сжатия

р- 05)

где <7кр - критическое давление, определяемое из равенства работ внутренних и внешних сил на соответствующих деформациях; qr - давление посадки гофра. Давление д определяется по соотношению

'Яг = '^ у у/я-а2'

(16)

Чт, МПа 80 60 40 20 0

] :

1

.... | . .. 1

О

20

60

80 I], мм

где А • коэффициент, учитывающий свойства эластичной среды, а также плия-нне сил трепня; коэффициенты трения: ц (заготовка - инструмент); (заготовка - э/.'аст1)мер); //0 - твердост ь эластомера но Шору.

Па рис.3 прит,едены графики зависимости давления расправления гофра от высоты выпуклого борта при штамповке различными эластомерами (1 - резина 56, //() = 55 А; 2 - резина 3826, #0 = 70 А; 3 - полиуретан СКУ-11ФЛ, н0 = 92 А).

Как видно, условия расправление 5

пия гофров под влиянием давления

в .заключительной стадии процесса существенно зависят от свойств эластомера: с увеличенном твердости условия посадки гофра становятся более благоприятными, необходимое давление уменьшается.

Предложенная методика определения оптимального давления для разглаживания гофров и применение энергосберегающих систем позволяют решить многие вопросы надежности и повышения эффективности процесса. При этом сокращается износ эластомера и дорогостоящего оборудования, обеспечивается высокое качество ичледкя при меньших за фагах. Гак при формообразовании борта выпукло!« контура высотой 35 мм (материал заготовки толщиной /,- -1.2 мм) полиуретаном марки

ОКУ-7Л (Н{) = 70 А), величина давления составляет более 4(1 МПа (рис. 4), что педос ижпмо ,цля некоторых прессов. При использовании оборудования, позволяющего создавать наибольшее давление qr = 30 МПа (см. рис. 4), максимальная высота борта, не требующая доводочных работ, составляет /;= 25 мм.

Рис. 4

Потеря устойчивости в случае, если выполняется условие (14), требует предотвращения образования гофр, например использование отбортовки по опоре. Но при повышении устойчивости сжатия возрастает вероятность неустойчивости растяжения, что связано с увеличением растягивающих напряжений в меридиональном направлении. При решении задачи используется система существенно измененных уравнений осесиммегричного деформирования с осью симметрии, проходящей через центр кривизны фланца (стенки детали). Так уравнение, связывающее окружную деформацию е/ с перемещением частицы иг, записано в виде

где /?0 - удаление точки заготовки от оси симметрии; / - поправочная функция, установленная экспериментально. Материал считается жесткопластическим, трансверсально-изотропным.

Оптимальная геометрия опоры подбирается в режиме диалога. По величине коэффициентов запаса устойчивости растяжения и сжатия оценивается возможность получения детали при заданных параметрах опоры. Если коэффициенты запаса не удовлетворяют допускаемым значениям, то геометрию опоры корректируют и расчет повторяют.

В четвертой главе рассматриваются методики определения размеров инст-■румента, при которых деталь после снятия активной нагрузки приобретает требуемые размеры с заданной точностью.

В случае прямолинейного контура отбортовка рассчитывается как гибка в предположении о полной разгрузке заготовки от изгибающего момента после снятия активной нагрузки. Задача решается для начально-анизотропного материала при произвольной ориентации главных деформаций по отношению к главным осям анизотропии. По деформациям е , изменяющимся по толщине по линейному закону, находили меридиональные напряжения

Здесь С(), п - коэффициенты аппроксимации кривой течения. Коэффициент к^ рассчитывают по величине параметров анизотропии и углу между касательной к меридиану и направлением прокатки. При этом к^ корректируется на случай свободных концов контура или малой его протяженности. Этими же величинами, а также соответствующим параметром кривой течения А определяется и ностоян-

(17)

(18)

пая А/п. При условии полной разгрузки отизгибающего момента 'М",/определенною через меридиональные напряжения (18), рассчитывается изменение кривизны меридиана А^ и величина пружинения у при изгибе на угол а по радиусу 'л

Г = Ьх-гь-ос: (19)

1 !а рис. 5 представлены данные расчетов но оценке пружинения при отбор-товке прямолинейного контура с радиусом Ш1иСм портя г^ = К) мм у Материал заготовки Д16ЧАМВ гРад{ (кривая 1) и 1163 (кривая 2) тол- ^

щиной I = 1.3 мм. Здесь же представлены результаты экспериментов с высотой борта к = 25 мм (□) и И = 35 мм (О) при ориентации линии изгиба к направлению прокатка ((> 0°, 45е, 90°. Минимальное ашчение пружинения при про-

у2- [ J ----

К

\

1 г

0

15

60 75 <р а рад

30 45 Рис. 5

чих ранних условиях для большинства сплавов имеет место в случае ориентации линии mi иба относительно направления проката п диапазоне <р ~ 35° - 50°.

Пружнпеннс криволинейного борта определяется аналогично (19), как пру-жинеипе у0 при подпой разгрузке oí изгибающих моментов к меридиональной M и в тангенциальной М, плоскостях, но скорректированное эмпирическим поправочным коэффициентом К^ог :

Г--Ккт.-Г(у (20)

Корректирующий коэффициент À¡,or аппроксимирован зависимостью

Кког -

1 -К

р\

К

plk-

(21)

Здесь К | - определяет величину окружной дс(|юрмации, i е в шяние юомсгрии (формы) на величину пружинения

Kr^.f\h,Rr0).

где О - угол охват котура

Коэффициент К 2 - характеризует степень посадки гофров

Кр2=<1г1Л>

(22)

(23)

Здесь через дг обозначено фактическое давление формообразования.

На рис. 6 приведены графики,

Y,

иллюстрирующие влияние геометрии контура на величину нружине-ния. Расчеты выполняли для различных значений углов охвата О (1 - О = 40°; 2-0 = 160°) .тля стесненных (прерывистые кривые) и свободных (сплошные кривые) участков контура при высоте борза /г - 15 мм; радиус изгиба г, = 3 мм.

град 3

2 -

2

1 +-

50 100 150 200 250 мм Рис.6

Материал заготовки Д16АМ толщиной / = 1 мм.

На основе полученных данных по пружиненшо решена задача о корректировке геометрии формообразующей оснастки.

В пятой главе рассматриваются практические результаты проведенных исследований. При использовании моделей и методик прогнозирования отказов создана система проектирования операций штамповки эластичными средами. По данной системе рассчитаны операции формообразования и дана оценка технологичности более 350 деталей изделий различных фирм, как отечественных (предприятие Воронежского акционерного самолетостроительного общества (ВЛСО)), так и зарубежных ("AEROSPATIALE", "DASSAULT" (Франция), "BOEING" Seattle (США)). Система апробирована на ВЛСО при проектировании процессов штамповки на прессах типа QFC и QFR для глубокой вытяжки, проведены испытания на заводе "AEROSPATIALE" (Франция), "BOEING" Seattle (США).

Описывается система компьютерного проектирования, ее возможности и структура, входные и выходные данные, методика проектирования технологического процесса при использовании системы. Рассмотрена лог ическая структура и изложен численный метод решения. В работе представлены фраг менты функционирования программной системы. Проектирование процесса осуществляете? на основе компьютерного моделирования: оценивается вероятность возникновения отказов, приводящих к отбраковыванию детали; рассчитываются энергосиловые параметры оборудования, необходимые для реализации процесса.

Описаны технологические процессы изготовления деталей носка крыла самолета ИЛ-96-300, ИЛ-96Т, разработанные с помощью системы компьютерного проектирования. В ходе проектирования технологического процесса решены еле-

дующие задачи: произведена опенка технологичности детали (проектирование---------

процесса формообразования эластичной средой); спроектирована основная оспа-егка (корректирование по углам пружинснин) и дополнительный формообразующий инструмент., предотвращающий появление гофров и складок (проектирование опоры и оценка устойчивости); спроектирована 1еометрия исходной заготовки.

Разработана техночогия производства деталей интерьера самолета ИЛ-96М: "ccki ;ия светильников", ("деланы рекомендации но изменению геометрии.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

I Устаноплсго, что прогнозирование технологических отказов при отбор-товке вогнутого контура, связанных с неустойчивостью растяжения или с разрушением вследствие недостаточной пластичности, можно с достаточной точностью осуществлять по диаграммам предельных устойчивых деформаций и диаграммам разрушения.

2. Разработана методика расчета предельной устойчивой деформации и деформации разрушения с учетом истории деформирования процессов в которых от ношение главных скоростей и ориентации главных осей деформаций пепосто-лпнь; При этом учтено, что предельные деформации ортогроппых материалов зависят от ориентации заготовки, а ошимачышя ориентация -- от соотношения главных деформаций. Методика расчета позволяет проектировать многопереходные процессы с промежуточной (межоперационной) термической обработкой.

? Установлено, что при проектировании операций целесообразно использовать одновременно два способа оценки возможности отказа: по коэффициенту запаса и но вероятности отказа. При таком подходе для исследованных алюминиевых сплавов и сталей получены следующие оценки допускаемых запасов устойчивости г I 3 и пластичности ["^j ~ 12

4. Разработана модель отказа, вызванного неустойчивостью сжатия. Это позволяет более полно учесть условия протекания процесса: определить момент начала гофрообразования, а рассматривая модель деформнроранкя гофрированного материала, предложить критерии разглаживания гофров.

5. Последствия неустойчивое) и сжатия достаточно точно характеризуются параметром гофрообразования. Использование этого параметра позволяет дагь заключение о годности детали и необходимости проведения доводочных работ.

6. В связи с тем, что условия появления и характер гофров существенно зависят от свойств эластичной среды, определено необходимое давление для рас-

правления гофров, с учетом изменения характеристик эластомеров. В соответствии с этим составлена методика выбора технологического оборудования, что позволяет сократить его износ при длительном использовании.

7. Выполнен расчет устойчивости нггамповки выпуклых контуров но неподвижной опоре, позволяющий во многих случаях предотвратить образование гофров.

8. Расчеты величины пружинения борта для прямолинейного контура показали, что минимальное его значение получается при ориентации линии изгиба относительно направления прокатки в диапазоне <р = 35° - 50°. Результаты расчетов подтверждены экспериментально.

9. Установлено, что величина пружинения борта криволинейного контура находится в диапазоне между значением, рассчитанным в предположении о полной разгрузке от изгибающих моментов, и значением, рассчитанным для устойчиво деформируемой оболочки. В связи с этим значение пружинения криволинейного борта определено при условии полной разгрузки от изгибающих моментов и корректируется эмпирическим поправочным коэффициентом.

10. Эксперименты и контроль производственных деталей показали, что пружинение борта зависит от величины давления эластичной среды, а также геометрии контура (стесненный или свободный участок контура, угол охвата участка контура). Как показал производственный опыт, точность полученных решений достаточна для расчета величин пружинения, а разработанная методика корректировки инструмента с учетом пружинения, позволяет получить детали требуемых размеров.

11. Разработана система компьютерного моделирования операции штамповки эластичными средами, основанная на моделях технологических отказов. Созданное программное обеспечение является для технолога инструментом проектирования технологии при использовании имитационного эксперимента. Использование системы позволяет повысить эффективность процесса, качество деталей, сократить время технологической подготовки.

12. Система внедрена на предприятии Воронежского акционерного самолетостроительного общества для проектирования процессов формообразования эластичными средами на прессах типа С)НС - О1Ш-600 и прессах типа - (}АВ- 32 для глубокой вытяжки. Эксплуатация системы позволила сократить срок разработки технологии в 3 - 4 раза по сравнению с существующей практикой.

СПИСОК- 11 >' Ь ЛИ К Л Ц И Ii, ОТ Г Л ЖАК) ЩИ X О СIIО В ] IО Е_____________

СОДКРЖЛНИК ДНГСКРТЛЦШ1

! ;;едь Г Д., П1а;унов Л.В. Усгойчивооь сжатия при формообразовании .шсточых детале й пластичными средами // Кузнечно-шгамноночное прнишоцсшо. 1997 № > С. 2 - - '>

? Шагупои AR, Томило» Ф.Х., Попон СИ. Гемт.югтпесьиг енкачы при огбортвхе ) iaci II4HOÜ средой лис юных легален с крпво.шжд поп формой борт // Кузиечно-штамповочное производство. 1996. № 3. С. 26 - 28.

IlLuynoi. Л.В.. Шереметов В И , Томияоп М.Ф. Paipauo.ka технологии вы-iV/ksn »ji,iciH4Hoii средой деталей из листа // Кузнечно-штамповочное производство. 1998. № 3.

4. Способ изготовления негативов эталонных делительных сеток из системы окружностей / A.B. Шатунов, С.11. Попов, М.Ф. Томилов и др. //Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 1997.

5. Дель Д.Г., Шагунов A.B. Компьютерное проектирование операций отбор-товки и гибки-формовки эластичной средой // Авиационная нромы'нченность

■ ЛР № 020419 от 12.02.92.. Подписано в печать 12.03.98.

Усл. псч. т 1,0 1ира,к 100 >кз Заказ У" ¿-С Издан'чьспн)

Воронежского государсгвениою 1е\ничсско| о уннверешоа 3()1()26, Воронеж. Московский проспекч. 11