автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.01, диссертация на тему:Теоретические и технологические основы деформационной обработки деталей из сплавов цветных металлов

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ АРМЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНЖЕНЕРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ АРМЕНИИ РГ8 ОД на правах рукописи

1 3 ШН Ш5

НАЗАРЯН Эрнест Агадаэнович

УДК- в20: гг. 621. авз. з. егг. 316. в. оог - зг

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ДЕФОРМАЦИОННОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ ИЗ СПЛАВОВ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ

специальность: 05.02.01 - Материаловедение

в машиностроении

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени доктора технических наук (в форме научного доклада)

Ереван

1393

Работа выполнена в Государственном инженерном .университете Армении

и. Научно- инженерном центре "ВААГН" Ереванского Государственного Университета.

Научны® консультант - Доктор технических наук, засаженный

деятель науки и техники Российской Федерации, лауреат государственной премии СССР, профессор МПУ им. Н.Э.Баумана

ПОПОВ Е.А.

Официальное оппоненты

Ведущее предприятие

- Доктор технических наук, заслуженный деятель науки и техники Российской Федерации, профессор МПУ им. Н.Э.Баумана

ОВЧИННИКОВ А.Г.

- Доктор физико - математических наук. Член -корр. HAH Республики Армения,

профессор Ереванского Государственного Университета САРКИСЯН B.C.

- Доктор технических наук, профессор ГосударственноюИнженерного Университета Армении

САРКИСЯН Н.Е.

- Научно- производственное объединение

"АРМСТАНОК"

Завдата состоится « -¡~» « и,гълЛ, 1995 г. в И часов на заседании специализированного Совета Др.озз. оз.оз Государственного инженерного Университета Армении.

Адрес: 375009, г.Ереван, ул. Теряна 105.

1 диссертацией (в форме научного доклада ) можно ознакомиться з библиотеке Университета.

Автореферат (в форме научного доклада ) разослан

-XV * мм » 1995 г-

Ученый секретарь специализированного Совета Г)

доктор технических наук, профессор ^'^¿^тгГБАЖН с.Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы. В производстве корпусов изделий лектронной техники <ИЭТ) и деталей типа гильз и оболочек ршентотся различные технологические процессы со снятием струнки и брзботки металлов давлением (ОВД) в сочетании с термическими роцессами обеспечивающими высокое качество физико - механических арактеристик изделий.

Из проведенного нами комплексного вхнологического уроыи-. этих деталей можно выделить

ледующие основные проблемы:

1. Приспособление конструктивных элементов ряда деталей и атериалов к обработке реза&ием.

а. Применение дискретных (штучных) заготовок . для загрузки зхнологических машин непрерызкогодействия роторного типа.

3. Неприспособленность технологических машин роторного лпа для большинства высокоэффективных процессов ОМД.

4. Отсутствие обоснованных аналитических методов расчета эраметров технологических процессов,максимально реально закрывающих хзрактер и механизм их протекания методами )рмоизменяющих операция листовой штамповки. В частности, нечетны методы расчета заготовок с учетом объемности. формированного состояния при переменном поле напряжений в юцессах формоизменения, что, в ряде случаев, может иметь решающее :ачение при выборе и обосновании кинематических и силовых раметров процессов.

з. Слабо развиты методы и нет единой концепции измерения лыпих пластических деформаций и характера их нарастания в ловиях нестационарных шлей напряжений.

в. Существующие трудности установления формы и размеров очага астических деформаций при сложном напряженном состоянии, рактерном для раатачных процессов ОВД, еще более снижают степень стоверности полученной информации. Сложность решаемых задач ключается в переменности указанных параметров и трудностях гкого фиксирования перехода материала из упруго - пластического стояния в состояние пластического течения.

В таких условиях создание и внедрение новых прогрессивных сяологических процессов ОМД с учетом наличия существующих слологаческих роторных машин при отсутствии единой концепции

приводит к новым, порой неразрешимым, трудностям эффективной организации производства. Общим методом повышения эффективности производства является выполнение комплекса научных, технических и организационных мероприятий, направленных на создание и внедрение в производство прогрессивных, ресурсосберегающих технологий.

Поэтому разработка и внедрение ресурсосберегающих, прогрессивных технологических процессов изготовления изделий, обеспечивающих высокие показатели использования материалов и производительности труда является актуальной проблемой.

Совершенствование технологических процессов ОМД, создание новых технологических процессов и машин с непрерывным циклом обработки для их осуществления возможны лишь при всестороннем и глубоком исследовании этих процессов.Созданию научных основ решена этих проблем и посвящена настоящая диссертационная работа.

Цель работы. Целью диссертационной работы является создание ряда взаимодополняющих методов разработки высокоэффективны? технологических процессов ОВД для производства корпусных деталей, внедрение новых средств технологического оснащения (СТО) дл$ реализации разработанных методов на предприятиях отрасли, <;оздани! технологических машин роторного типа, использующих заготовки в виде бухт и лент, реализация полученных результатов проведенные • исследований для решения актуальных проблем производства при гибко! сочетании существующих и разработанных нами новых технологически процессов.

• В диссертационной работе обобщены результаты НИР, ОКР и инициативных работ, выполненных за период с 1974 по 1994 г. под научным руководством и при личном участии автора по созданию современных методов разработки технологических процессов и средств их реализации.

Часть работ проводилась по отраслевой комплексно - целевой программе "Форма" (Создание прогрессивных технологических процессов и СТО для изготовления корпусных деталей ИЭ1), разработанной на основании решений вышестоящих организаций от гл.. 12.84 г. , а также комплексной программе по освоению и. внедрению на предприятиях республики изделий специального назначения, согласно решению правительства РА., осуществленных автором в качестве научного руководителя программ и при непосредственном личном участии.

Научная значимость и новизна .

1 • Разрасотана теория техпроцессов пластического деформирования сплавов для изготовления деталей в заготовительном производстве, что позволило разработать новые технологические процессы,новизна которых защищена авторскими свидетельствами на изобретения.

г. разработаны и научно обоснованы методы исследования напряженно - деформированного состояния процессов пластического формоизменения, позволяющие повысить предельное формоизменение при пластическом деформировании. Решены некоторые актуальные технологические задачи, например.- вытяжка — первый и последующие переходы, обжим, отбортовка, вытяжка с обжимом и др.

3. На основе созданной теории разработан комплекс СЮ для производства деталей типа гильз, оболочек и др., обеспечивающих непрерывныйхарактер производства.

4. Впервые создан головной образец технологической машины, сочетающий очевидные преимущества роторной концепции с применением заготовок в виде бухт, лент и т.п. непрерывного проката.

э. Разработаны прогресивные технологические процессы ОМД (резка :о сдвигом, радиальное и обратное выдавливание, вытяжка и др.) юзволяющие резко повысить производительность труда и уменшить зтходы металла.

е. Решена проблема дозировки относительно коротких заготовок ¡з сплавов цветных металлов непрерывного проката. В результате ^пользования новых конструкторских и технологических решений .применение материала круглого сечения взамен листовой заготовки, »ационального раскроя при вырубке заготовок и др.) сокращен •охнологическиа цикл изготовления гальз и оболочек.

Практическая ценность .

На основании разработанной з диссертации теории и методов асчета решена проблема создания высокоэффективных технологических роцзссов ОМД на базе технологических машин роторного принципа. На той основе освоено производство гильз и оболочек на предприятиях А. В результате многолетней и целенаправленной научно рактической работы разработаны и внедрены на многих предприятиях ромышленности:

1 . Комплексный технологический процесс для изготовления эрпусов ИЭТ методами пластического формоизменения взамен

механической обработки со снятием стружки. Разработан и внедрен отраслевой РТМ но определению степени использования металла по конструктивно - технологическим параметрам обрабатываемой детали.

г. Создан и внедрен на различных предприятиях промышленности ряд прогрессивных технологических процессов ОМД, средства автоматизации и технологическая оснастка, а также машины роторного типа, использующие материал непрерывногопроката.

з. Создана техническая база для совершенствования технологических процессов с использованием научно - апробированных структур.

Основные положения и результаты, выносимые на защиту .

1. Концепция создания высокоэффективных технологических процес ОМД, методов их разработки и технических средств и машин для реализации на практике.

г. . Научное обоснование метода расчета заготовок в нестационарных процессах пластического формоизменения в условиях объемного деформированного состояния.

з. Учет нестационарности и влияние механических характеристи материала на кинематические и силовые параметры процессов при ' нелинейном напряженном состоянии.

t. Физическое обоснование метода определения формы и размеров очага деформаций и характер нарастания больших (конечных) пластических деформаций в нестационарных процессах ОМД.

s. Методика непосредственного измерения полей напряжений в переменном очаге пластических деформаций.

6. Типовые технологические процессы ОМД.

Внедрение . Подученные.в результате, проведенных исследований научные результаты внедрены и прошли апробацию на различных предприятиях, таких, как ПО "Позистор", Московский завод радиоаппаратуры и НПО ■■Нейтрон" в виде внедрения отдельных технологических процессов, технологических машин роторного типа и средств технологического оснащения к ним. г

Апробация . Основные положения диссертационной работы доложены на Всесоюзных, республиканских и отраслевых конференциях и совещаниях по ресурсосберегающим технологическим процессам, а также

на международных конгрессах в г. г. Праге и Стокгольме в 1990 -91гг., на научных семинарах МЕЛУ им. Н.Э.Баумана, ЕРШ и ЕГУ за период с 1980 по 1991 г.г.

Публикации.. По 1 материалам, диссертации опубликовано 35 научных работ в периодических изданиях, в том числе, получено 5 авторских свидетельств на изобретение.

Результаты работы по теме диссертации отражены в отчетах по НИР ■ и ОКР, научным руководителем которых является автор ' диссертации.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1 - Особенности создания прогрессивных технология

Обработки металлов давлением Проведен комплексный анализ конструкция корпусных деталей изделий электронной техники и технологических процессов их изготовления на предприятиях отрасли. По конструктивно - технологическим признакам эти детали можно классифицировать на две основные группы. К первой группе отнесены детали типа втулок, для изготовления которых применяют процессы резания на токарных и тскарно - револьверных автоматах. Вторую группу включают детали типа крышек, которые изготавливают из заготовок , вырубленных из листа, с последуюией холодной объемной штамповкой на кривошипных прессах. В обоих случаях применяются дискретные технологические процессы с низкими к о эффициентами использования материалов к. малой производительностью, несмотря на использование всевозможных средств механизации и автоматизации;

4 Исходя из этого, разработаны новые принципы создания прогрессивных технологических процессов с непрерывным циклом обработки деталей первой и второй группы холодно,*! объемной штамповкой.-В основа этих принципов заложены:

методы дозирования заготовок (ронделей) из проката (проволока, прутки) в непрерывном технологическом цикле обработки;

- комплексно- автоматизированные роторные системы (КАРС) для обработки металлов давления.

Аналогичным образом проведен анализ технологических процессов -изготовления деталей типа гильз, и оболочек. Формоизменение этих ютзлея выполняется на машинах роторного типа с загрузкой штучных'

заготовок полуфабрикатов, изготовленных из листовых материалов дискретными технологическими процессами, что связано с применением кривошипных ,прессов, а следовательно, с нарушением ' принципа непрерывности технологического цикла-

Для деталей • указанной группы разработаны новые принципы создания прогрессивных технологических. процессов с непрерывным циклом, отличающимся некоторыми особенностями, основными из которых являются:

-гибкое сочетание "холодного объемного деформирования на ее начальных этапах изготовления детали, с роторными принципами последующего формоизменения;

- обеспечение механических характеристик по длине изделия, при замене листового материала на прокат круглого сечения.

Для создания высокоэффективных , технологических процессов получения деталей типа гильз, оболочек и корпусных деталей изделий электронной техники разработаны соответствующие технологические решения:

экспериментально - аналитические методы исследования напряженно - деформированного состояния при конечном формоизменении заготовок;

-прямые и физические методы измерения напряжений;'

- непрерывные метода дозировки заготовок для технологических процессов холодного деформирования из проката и принципы создания комплексно - автоматизированных роторных систем.

Общим для всех этих методов является их методологическая последовательность (взаимодополняемость) = от разделки проката в дозированные заготовки до превращения их в готовые детали- ^

г. Экспериментально - аналитические метода исследования напряженно - деформированного состояния.

При ' изготовлении корпусов. гильз, оболочек и других изделий применяются ' различаю технологические процессы формоизменения, в частности свертка - вытяжка, вытяжка с утонением стенки, обжим,' радиальное и обратное выдавливание и др. Эти процессы чередуются с механической обработкой, вследствие чего имеют место дополнительные потери металла Кроме того, при многопереходных

процессах формоизменения происходит интенсивное упрочнение материала и исчерпание ресурса пластичности.

С целью получения достоверной информации о напряженно -деформированном состоянии нами развиты экспериментально аналитические метода исследования, позволяюцие устанавливать итоговые величины деформаций и характер их накопления • в рассматриваемом элементе в процессе формоизменения. Экспериментально- аналитический метод основан на исследовании нелинейных путей деформаций в ■ косоугольной системе координат и рассмотрении интенсивности деформаций, как векторной функции . вида деформированного состояния' = "Т^ФЪ с риели, для процессов,, в которых компоненты нормальных- напряжений и деформаций можно принять как главные. К таким процессам относятся большинство операций листовой штамповки с осевой симметрией деформаций.

Характер функции устанавливается методами поэтапного деформирования с определением двух наиболее легко измеряемых компонент главных деформаций для элементов недеформированной заготовки. Необходимо отметить, что в принятой системе" координат условие постоянства объема выполняется однозначно, вследствие чего нет необходимости измерения третьей компоненты" главных деформаций. Полученная таким образом информация лозволяет приступить к установлению полей напряжений в условиях плоско - напряженного состояния, имеющего место для большинства операций с осевой симметрией. Метод основан на новом научном подходе анализа напряженно - деформированного состояния, позволяющем - изучить

характер накопления деформаций и - напряжения в процессе формоизменения, что является весьма ванным фактором для оптимизации технологических процессов.

Используя зависимости, устанавливающие функциональные связи между компонентами главных деформаций и напряжений, и энергетическое условие пластичности, определяем напряжения как функции вида деформированного состояния. При этом весьма примечательно, что они оказываются справедливыми для любого закона упрочнения материала и ке основаны на интегрировании дифференциальных уравнений равновесия.

Порядок .исследования полей напряжений и деформаций заключается в следующем: экспериментальные значения главных .деформаций представляются в косоугольной системе координат на дезиаторной плоскости деформаций и напряжений г-12. ie¡):

с. = с cosCtó; с^ = e.cosC® ч- 2п/ЗЭ ; = е. cosC<p + Ап/33, С 2. 13

1 а ' ¿ 1 ' 3 i

удовлетворяющих условию постоянства объема

е1 + + ¿"3 = О, С2. 23

где с1, ег, ,с3 компоненты главных деформаций; *> - угол вида деформированного состояния.

В частном случае, при = о, имеет место линейное растяжение (вектор "с" совпадает с осью Т ), = £3 = -0,5 (коэффициент Пуассона . у, = 0,5) .

Из уравнений (2.1) и (2.2) определяется. _ уЛл вида деформированного состояния

р = -arela Г J: ---- 1 С2.33

- [ 3C1SB * 3 J

"2 1

и устанавливается характер изменения = *>э.

Главные нормальные напряжения с^ и- о-2:> находятся; йзг совместного решения уравнений связи напряжений и деформаций (при

и условия пластичности для плоско - напряженного состояния

ол - <У, сг + СГ = о- ,

1 ± с? с! 3

сг. зэ

как функции от переменного параметра р.

± а/

з уз 31 т\>р. сг.еэ

Из* теории кривых второго порядка известно, что напряжения © и

сг представляют окружности радиуса

преходящие через

качало координат. Круговые диаграммы главных нормальных напряжения графически отражают условия пластичности для всего многообразия плоско - напряженного состояния: —

а. с, >0; ^>0. сгг> О; £^<0, 0£<0;

б. О^О^СО; с СО; "2>0; о >0. с£<0 СРИС.ЙЗ.

" Переменный по ходу деформирования параметр -с однозначно

Рис.2. Главные напряжения з девиаторяой плоскости

определяет напряженно- деформированное состояние и характер его изменения в данном элементе по ходу процесса формоизменения. Изображение напряжений на круговых диаграммах в относительных величинах "у"3^ и <> 'о- позволяет определить их действительные значения па экспериментально установленная зависимости = ~Т~ус<рз. Для нахождения абсолютных ~ значений напряжений необходимо использовать диаграммы истинных напряжений - при линейном

растяжении с кривые упрочнения 5.

Представляет интерес инженерный метод исследования напряженно -деормированного состояния процессов листовой штамповки, который основан на совместном решении приближенных уравнений равновесия с линеаризированным условием пластичности при допущении о незначительности изменения толщины заготовок в процессах формоизменения. Метод применяется в основном для определения полей напряжений и установления допустимых степеней деформаций.

Развитый нами метод основан на общей / для данной работы концептуальном .подходе определения параметров конечного формоизменения при учете объемности деформированного состояния с использованием уравнения пластичности плоско - напрженного состояния, более реально отражающий процессы формоизменения. Сущность метода -заключается в использовании установленных полей напряжений дая определения кинематики формоизменения и рассмотрении уравнений, характеризующих пластическое состояние, отнесенное к начальным координатам деформируемых заготовок:

(У, = (? ,г Э; о- = с ,г5; - С2. 75

1 э 1 о о ' 2 з 2 о

ч - Ч1 +Ч1 •

при использовании связи текущих р с эйлеровкхэ и исходных г _ слагранжевыхэ коорданат

р = Г + и, - СЗ.ЕО

где и - приращение перемещений в меридианальном сечении заготовки на данном этапе деформирования, I? и г - соответственно, радиусы свободной поверхности и текущей координаты исходной заготовки.

Для некоторых задач формоизменяющих операций листовой

штамповки удается получить замкнутее решения при учете упрочнения в общем виде, а иногда и оценить степень нестацирнарности в очаге пластических деформаций. Фактически удается решить задачи конечного формоизменения (вытяжка, отбортовка, последующие перехода вктяжи и др.) в нестационарных очагах деформация при допущении постоянства соотношений главных нормальных напряжений в процессах деформирования. Несмотря на приближенный характер такого допущения, полученные замкнутые функциональные зависимости достаточно точно отражаит реальные процессы формоизменения.

Применение инженерного метода анализа процессов пластического формоизменения позволило установить следующие функциональные зависимости приращений перемещений:

а) дая осесимметричной вытянни (свертки) поз

аи

с!Ь -

с г. 93

"б)-для осесимметричяоя отбортовки пээ

с!и= -с5Ь

СЗ. 1 03

в) вытяжка цилиндрических изделий из неосесимметричных }аготовок г з]

- радиальная компонента приращения перемещений

-тангенциальная компонента приращения перемещений

1 ^ г ■У га - О /а + а/В

с г. 1 эз

-до ст - перемещение пуансона; е. р .- соответственно радиусы ¡вободной поверхности и текущей координаты на данном этапе ©формирования-, гм- радиус матрицы; е/а - относительный полярный тол.

£.1. Анализ нестационарности процесса первого перехода вытяжки (свертки)

С помощью экспериментально - аналитического и инженерного методов исследования4проведен теоретический 'анализ первого перехода вытяжки. Рассмотрена деформация фланца заготовки В/ косоугольной системе 'координат. С целью количественной оценки не.стационарности исследовано изменение отношений главных нормальных напряжений в переменном очаге пластических деформаций св условиях объемного .деформированного состояниям и показано, что соотношение ь\'а-г характеризуется изменением относительного радиуса рассматриваемого элемента заготовки чбз

ас с1 ус.р ==с1с к -

срак - каро

а

2. 1 . 1 5

Использование .установленных ранее зависимостей, характеризующих распределение приращений перемещений с г. е^, позволило в аналитической форме определить характер изменения и^р в зависимости от угла ввдз деформированного состояния с^э:

сг. 1. г>

Анализ са. 1.гэ показывает, что, действительно, свободная поверхность заготовки в процессе вытяжки деформируется в условиях линейного сжатия, к путь деформации для краевого элемента является линейным с . все остальные рассматриваемые элементы заготовки

имеют криволинейный характер пугей деформация.

Дана интегральная оценка степени изменения к^'а- '

К/р-

^---/зх^ сг. 1.32

с где введено обозначение = с 1 - -/зх? /х) имеющий относительный максимум для данного этапа деформкровэния. В аналитической форме удалось выявить:

_ - криволинейный характер накопления итоговой деформации в

усматриваемом элементе исходной заготовки;

- распределение конечных деформаций по координатам на данном зтапе деформирования.

Таким образом, теоретически показано искривление путей деформаций и дана количественная оценка степени нестационарности троцесса конечного формоизменения. Установлено, что "'суммарное вменение соотношения к/р зависит от относительной величины смещения края заготовки и координаты рассматриваемого элемента.

Исходная координата * элемента. для которого изменение »отношения р-^р имеет наибольшее значение, зависит от величины )Тносигельного смещения края заготовки и сдвигается по ходу деформироваия к наружному контуру фланца. Такой характер изменения [аийольшего значения. к/р объясняется тем, что в процессе юрмоизменения заготовки величины растягивающих и сжимающих .зпряжзний, действуют,}« на рассматриваемый элемент заготовки, также еняются, что "приводит, в конечном итоге, к изменение протяженности он утонения и утолщения, формоизменения, в сторону увеличения этой содинаты. Такой характер изменения наибольшего значения отношения <'р, объясняется тем, Что в процессе деформации заготовки апряжения, действующие на рассматриваемый элемент, непрерывно эняются, что приводит к изменению протяженности 'зон утонения и голцения.

г. г. Исследование первого и последующих - '

переходов вытяжка цилиндрических изделий

Для оценки достоверности теоретических результатов исследованы зрзый и последующие перехода вытяжки полой цилиндрической заготовки } стали 08 кп з цилиндрической и конической матрице.

На первом переходе вытянуто изделие из заготовки с наружным гаметром юо мм, в цилиндрической матрице диаметром 51,4 мм, шщна заготовки-1,0 мм. Во втором переходе использована коническая ¡трша с цилиндрическим пояском диаметром 25,5 мм, угол конуса « = Г. Перед вытяжкой на плоской 'заготовке нанесены концентрические '.ружаости с шагом 2 мм. Координату точек определяли до и после

деформации на инструментальном микроскопе с точностью ±0,01 мм. Из эксперимета найдены два главных приращения деформаций: =

1 псАруйг>; лсе = 1 г,ср/гэ . где р и г. Ар и Дг - соответственно текущие и .начальные радиусы и промежутки соседных концентрических окружностей с меридианальным сечением.

Результаты измерений и расчета на их основе выполнены с точностью до 0,1ч, при которых погрешность, для деформаций не превышает 2^.. Интенсивность деформаций, угол вида деформированного состояния, величины главных напряжений в относительных единицах и их соотношения получены для трех этапов деформирования. Цути деформаций находились в секторе девиаторной плоскости -пуъ ± Р <- п/з (рис. 3,рис.4>. Анализ их показал, что формоизменение заготовки происходит в нестационарных условиях и допущение о постоянстве соотношений между главными напряжениями при первом и последующих переходах вытяжки в общем случае некорректно и справедливо лишь для свобода« поверхностей. Искривление путей деформаций в процессах пластического' формоизменения, видимо, связано с немонотонностью происходящих процессов и непостоянством размеров очага деформаций.

Проведенные исследования позволяю™ сделать общие вывода, справедливые дая процессов пластического формоизменения заготовок:

.-экспериментально- аналитический метод исследования в условиях плоского, напряженного состояния при известных путях деформаций однозначно определяет главные нормальные напряжения и характер их изменения по ходу деформирования;

■ -метод позволяет установить величины действующих главных напряжений в очаге пластических деформаций без интегрирования дифференциальных уравнений равновесия и дает наглядное представление о виде напряженно- деформированного состояния.

2. з. Расчет размеров заготовки при

вытяжке и отборгговке . I

Рассмотрены формоизменения заготовок в плоско - напряженном состоянии при заданном поле напряжений. По разработанной методике установлены поля перемещений для -элементов заготовки в неустановившемся очаге пластических деформации са.оэ и с г. юУ.1

Рис.3, Экспериментальные пути деформаций-в девиаторной плоскости для первого перехода вытяжки.

X

Рис.4. Пути деформаций в девиаторной плоскости для„последующего перехода вытяжки.

/

Для аналитического расчета конечного формоизменения полученные зависимости использованы в предположении, что по.ходу деформирования для свободных поверхностей пути деформаций имеют линейный характер. Впервые получены расчетные формулы для определения размеров заготовок по заданным размерам изделия, с учетом объемности деформированного состояния:

а) душ процесса вытяжки (свёртки) иоз

К /г = ехр

2 -

сг. з. 13

■/"Ыс/г+1

б) для процесса отбортовки из]

-Нь*+ —

где I? . г - соответственно радиусы заготовки и изделия, ьк -высота изделия, к - коэффициент отбортовки.

Аналитические зависимости позволяют оценить погрешность известных методов расчета размеров заготовок, основанных на условии постоянства поверхности, к определить степень изменения поверхности в процессах пластического формоизменения. В технологических процессах с непрерывным циклом обработки это обстоятельство может привести к промежуточной обрезки края полуфабрикатов, что, в свою очередь, увеличивает рабочие позиции роторных машин.

£. 4 Анализ напряженного состояния при вытяжке

■ Предельно допустимые степени формоизменения являются главным параметром для разработки стабильных технологических процессов. При . вытяжке они определяются наибольшими растягивающими напряжениями, действующими в опасном сечении заготовки. Величины этих напряжений, в первую очередь, зависят от размеров заготовки и упрочнения металла в процессе холодного деформирования.

Для процессов конечного формоизменения в общем, виде сформулирована задача■ при нелинейном характере изменения истинного напряжения. Задача.решена для исходных координат заготовки и найдена

аналитическая зависимость наибольшего растягивающего напряжения от параметров упрочнения и размеров заготовки ni.14):

2 , х ЗА , ^ £ , 2,1/2 1 ,.п . ..

о- =-Ci ln - + - lnCm^Cm +1 -х Э -Э . С2. 4. 1)

р ,-. s m ,-. х 1

/7^ с/1Г>+1

где а, п - параметры упрочнения, я- степень вытяжки, * -относительное смещение края фланца.

Установленная зависимость позволяет определить не только предельно допустимые степени деформаций для разных материалов, но и контролировать характер нарастания наибольшего растягивающего напряжения .в опасном сечении заготовки по ходу деформирования.Существенное влияние на характер изменения наибольшего растягивающего напряжения в опзсном сечении заготовки оказывают параметры упрочнения. Впервые теоретически установлен нелинейный характер изменения этого напряжения.

Полученные результаты использованы для расчета процессов вытяжки из разных материалов, в том числе ira сплавов со специальными механическими свойствами.

г.5. Неустановившийся процесс деформирования цилиндрической оболочки при вытяжке

При изготовлении деталей типа оболочек и гильз характерно трименение тэких процессов как обжим и вытяжка с обжимом. Совмещение этих процессов сокращает количества технологических операций. Для остойчивого протекания процесса формоизменения необходимо >птимальное сочетание условий сбашка и вытяжки в неустановившемся )чаге пластических деформаций(рис.5).

Поэтапные исследования формы и размеров полуфабрикатов при изготовлении конических изделий показали, что в начальной стадии [роцесса деформирования очаг деформаций непрерывно меняет свою форму I размеры, т.е. формоизменение заготовки носит неустановившийся :арактер. Возможность ^ успешного формоизменения при совмещении ытяжки с обжимом в значительней мере определяется текущими начениями меридиональных напряжений на участках вытяжки и обжима

-го-

Рис. 5 Схема деформирования заготовки на

неустановившейся стадии вытяжки с обжимом.

при достижении очага пластических деформаций наибольших размеров. Поэтапным деформированием цилиндрических заготовок установлено также, что очаг деформации, имеющий форму внеконтактного конуса с текущим углом конусности «1, образуется за счет прогиба донной части заготовки, а контактный конус образуется за счет изменения широтных размеров цилиндрической стенки. Для обеспечения постоянного знэчекия растягивающего напряжения на кромке пуансона необходимо увеличить размеры границы участка вытяжки в меридиональном направлении за счет участка контактного конуса. Это достигается приложением нарастающего усилия обжима. Вследствие осевой симметрии деформирования принята, что меридиональные ср и тангенциальные ов напряжения являются главными нормальными напряжениями, равномерно распределенными по толщине заготовки (безмоменгная теория оболочек). Напряжённое состояние принята плоским, а очаг пластических деформаций -состоящей из двух характерных участков имеющих форму контактного и

внеконтактного конуса.

Влияние упрочнения учтено аппроксимацией кривых упрочнения,

с.

о-гш+уо. с г. 5.13

3 о-*)2 ш ш

где <?ь - предел прочности металла, - относительное уменьшение площади поперечного сечения образца при испытании на растяжение, принятой эквивалентной по упрочняющему эффекту тангенциальному сужению, V = £в.

В неустановившемся очаге для элементов цилиндрической заготовки:

= 1 сг. 5. г?

л

где р. рн - соответственно текущая (эйлерозая) и начальная (лагранжеван) координаты элемента.

Для внеконтактной конической поверхности из условия равенства товерхностей имен:

А*

= У 1р - г по. ) ]/'51п«, "С £.5. 33

Совместное решение уравнения равновесия и условия пластичности с

счетом (2.5.Г) позволило установить следующее распределение

леридаанальных напряжений для внеконтактного участка вытяжки:

о- . R R /--■ R+R У51 па.

, =---5-- [ас 1-V',,,3 С 1 n —^£-+uctgaln |"р 3-7 Sind. In ---— ]

р C1 -V ш р и 4 R 1 /- J

Ш p+pysina^

CS.S.4D

шалогичным образом установлена величина наибольшего снимающего юридинальзого напряжения на участке обжима при р=й3:

R ¡? __

-гУц+О. 5Cl--^2-3jci-^2-3Cl+iJctgeOCl+/S^R.,.

шах 2C1 3 J 3 *

xC3-2coscü C2.5.S3

Дяя достижения наибольших степеней деформаций необходимо, чтобы растягивающее напряжение в опасном сечении не превышало предела прочности материала, а сжимающее напряжение на участке обжима -предела текучести материала.

Приняв в (2.5.4) а < о-ь, можно установить вид некоторой

гоах

функции = ^с^э, который позволит определить из (2.5.5) характер изменения меридионального сжимающего напряжения по ходу процесса, как функция текущего угла . Полученные аналитические зависимости дают возможность в некоторой степени регулировать соотношение нэгрузок на участках обжима и вытяжки.

г. е. Пластическое деформирование толстостенной трубы со стержнем

Исходный пористый материал подвергается действию внутреннего и внешнего осесимметричного давления, которое прикладывается одновременно или в отдельности. В начале процесса происходит уплотнение исходного материала за счет перемещения отдельных частиц, а далее - структурно - пластическая деформация. Таким образом, технологический процесс сопровождается непрерывным изменением объема, вследствие■чего одни участки заготовки уплотняются в меньшей степени, другие - в большей степени из - за неоднородности и нестационарности полей напряжений.

Следовательно, для стабильного построения технологического процесса и оценки пористости готового изделия необходимо установить напряженно- деформированное состояние. Анализ проведен дяя конечного формоизменения при переменном объеме. Следуя единой концепции, за характеристики деформаций приняты истинные деформации (2.8). И: условия изменения плотности определено распределение радиальных ¿р и тангенциальных <=е деформаций:

, г а, Г'г а _ ^ ,1 /г

^=1п1ге /V г е +-2с I; £0=1г> ——у г

. , - .. „ -Веа+2с . С£.6.13

где с= с 1-еаз —^—; Кь - внутренний радиус трубы;

а - некоторая функция, показывающая степень уплотнения материала.

Распределение напряжений найдено из совместного решения уравнения равновесия и условия пластичности при постоянном значении истинного напряжения, имеющего место для горячей деформации:

о. = _р+-5_1п1г^е2+2сХСг2еа+2с>;

Р /-• Н

У 3

А

где р- осевое давление, гг - наружный радиус.

Необходимо отметить, что распределение напряжений (2.6.2) получено для исходных элементов трубы(переменные лагранжа) с учетом изменения плотности материала.

Внешнее давление р находится из условия равновесия трубы в проекции на ее ось

й

я» " гс сг0аг»0, <2.6.э}

кн

где г - сила ^ направлении оси г, при и а^сгУ- мс

и-коэффициент Пуассона.

На рис.6 <а> и 6<б> показано распределение радиальных напряжений.

Получены замкнутые выражения для радиальных и тангенциальных напряжений по сечению изделия при определённом значении степени уплотнения материала. Установленные зависимости показывают, что радиальные напряжения растут от внутренней поверхности к наружной, причем с увеличением толщины стенки заготовки нарастание напряжений происходит более интенсивно.

0,75

0,5

0,25

у* _ --

г

6-5 0,75

0,5 0,25 0

V

У —нг «е

/ &

1 и и 1,3 -¡Л 1,5 йн/е

1,1 и 1,3 -(,$

Рис. ё<-эу Изменение радиальных напря- Рис 6(6) Распределение

жений нэ наружной (сплошная радиальных напряже-

линия) и внутренней (пунктирная ний по стенке тру-

линия) поверхностях трубы (при бы (при а «. 0,1>

з. Развитие физических и разработка прямых методов исследования напряженного состояния

Экспериментально установлено 12,4], что использование неосесимметрических заготовок, взамен круглых, дяя вытяжки цилиндрических изделий приводит к приросту высоты до и экономии материала до 10%. Для раскрытия механизма деформирования и выявления основных технологических факторов, влияющих на процессы формоизменения, развиты физические и разработаны прямые методы исследования напряженного состояния.

Характерной особенностью процесса формоизменения при отсутствии осевой симметрии является неопределенность границы упруго - пластической области и то обстоятельство, что окружные и радиальные направления ■перестают быть направлениями действия

главяых нормальных напряженка. Задача по определению полез напряжений в общем случае является статистически неопределимой, поэтому исследование напряженно - деформированного состояния возможно лишь при известном характере распределения касательных напряжений, которые в свою очередь, определяются по экспериментально .установленным полям перемещений. Непрерывное изменение формы и размеров очэга пластических деформация еще более усложняет теоретический анализ процесса.

С целью решения поставленной задачи, наш развит метод муара, для случаев конечного формоизменения [41. Сущность метода заключается в .установлении однозначной связи между координатами точек заготовки в деформированном и исходном состояниях при поэтапном деформировании (переменные Эйлера и Лагранжа).Трудность установления такой зависимости состоит в том, что муаровые полосы, являясь линиями ■ одинаковых перемещений деформированного образца, после очередного этапа деформирования не определяют прирост перемещений тех же материальных точек исходной заготовки.

В экспериментах использовался эталонный растр с частотой 24 линий на 1мм позволяющий с достаточной точностью определить границы недеформированных участков, так как при переносном движении материала муаровые полосы не образуются. На очередном 1-ом этапе деформирования находились исходные хо и уо координаты точек деформированной заготовки, через которые проходят муаровые полосы одного, из ' семейств. Величину перемещений тех же точек деформированной заготовки определяют используя муарозые картины другого семейства. При этом дробные порядки номеров полос определяются методом интерполяции. Соединяя исходные координаты для соответствующих полос, находим расположение тех же точек на исходной заготовке, которые после 1-ого этапа деформирования находятся на муаровых линиях одного из семейств. Далее, для любого выбранного значения хо определяем координаты уо точек пересечения *=со>1П». с линиями одинаковых перемещения недеформированного образца (рис.7).

Таким же образом находим зависимости приращений перемещений от координат. Далее графическим дифференцированием находятся частные производные приращений перемещений от координат, определяющие слагаемые компонент деформации. Полученная информация позволяет установить форму и размеры очага пластических деформаций и характер ого изменения в процессе формоизменения.

Рис- 7 Муаровые полосы для точек деформированной «пунктирные> и исходной (сплошные) заготовок.

Касательные напряжения, однозначно выражающиеся через слагаемые компонент деформаций, аппроксимированы аналитическими зависимостями от двух кординат <р,*>>. В теоретическом плане задача решена методом совместного рассмотрения уравнений равновесия и условия пластичности при экспериментально обоснованном характере распределения касательных напряжении от координат. Получены замкнутые выражения для компонент напряжений, 'анализ которых позволяет утвервдать, что в некоторых областях наблюдается изменение схемы напряженного состояния от двухосно разноименного на двухосно одноименное. Благодаря такому характеру изменения схемы напряженного состояния, наблюдается перетекание материала из угловых зон в зоны впадин изделия. Вследствие этого, увеличивается зона двухосного сжатия и, в конечном итоге - высота вытягиваемого изделия.

Аналитическое решение применено для определения оптимальной фор«ы заготовки и установления границ жестко - пластической области. Дальнейшее использование физических свойств линий скольжений, как

линий постоянных максимальных касательных напряжения, позволило теоретически определить граница очага деформаций и предложить оптимальную форму нецидшдрической заготовки са.

Развитый наш метод муаровых полос, основанный на явлении механической интерференции, дал возможность определить форму и размеры очага пластических деформаций и распределение компонент напряжений в активных стадиях формоизменения. Метод основан на поэтапном деформировании заготовок, в предположении монотонности протекающих процессов. Чувствительность метода муара ограничена, с одной стороны, частотой применяемых эталонных растров,- с другой стороны, величиной перемещений на данном этапе деформирования.

Для исследования процессов, происходящих при переходе материала из упругого в пластическое состояние, выяснения закономерностей развития пластических деформаций в условиях двухосного напряженного состояния применены "физические" методы определения напряжений. Тзк называемый "физический" метод исследования напряженного состояния основан на том научно обоснованном факте, что максимальные касательные напряжения, необходимые для начала пластических деформаций, однозначно определяются скоростью движения дислокаций. Для исследования закономерностей движения дислокаций в монокристаллах известны ренттенодифракционные методы (РДМ>.

В экспериментах реализованы варианты плоско напряженного состояния с«? <?2>о){ ^1°'?.<0> Исследования проведены на монокристаллах кремния с двумерной сеткой источников дислокаций, нанесенной алмазным индентором Возникновение и движение дислокаций контролировались РДМ- Измеряя перемещение дислокаций и расчитывая соответствующие наибольшие касательные напряжения, устанавливаются линии скольжения, вдоль которых они постоянны, тем самым определяется граница упругих и пластических областей.

Для реализации различных вариантов плоско - напряженного состояния исследовано распределение касательных напряжений при радаально симметричном нагружении круглой пластины и при сжатии прямоугольной пластины 124,23,321 Установлено, что в отличие от одноосного растяжения - сжатия, вся поверхность образцов делится на области, в которых реализуются разные схемы напряженного состояния. В центральной области реализуется деформация, очень близкая к одноосной. По мере удаления от центра к краю образцов наблюдается

непрерывное изменение величины касательных напряжений и переход напряженного состояния от двухосного сжатия на двухосное растяжение.

В определенном приближении проведен теоретический анализ. По известным полям перемещений рассчитаны касательные напряжения и сравнены с результатами экспериментов. Основное расхождение наблюдалось в центральной области, где, в отличиз от теории, зона действия сосредоточенных сил имеет конечные размеры. "Полученная информация дает наглядное представление о характере возникновения и развития очага пластических деформаций. Пластические деформации сначала возникают в областях, где преобладают схемы одно или двухосного сжатия.

Трудности, однозначной интерпретации результатов исследований на монокристаллах кремния и металлах являлись основной предпосылкой для разработки прямого метода измерения напряжений поз, в основу которого положена возможность использования разрезанной, по направлению действия главных напряжений, заготовки в процессе его превращения в полое изделие. При этом ставилась задача прямого измерения величин средных напряжении в реально протекающем процессе формоизменения, без применения уравнений связи деформаций и напряжений.

Из разрезанной заготовки вытяжкой штампуется изделие, равное половине полого цилиндрического изделия. Одна поверхность сечения заготовки упирается в торцы месдоз, выполненных в виде параллелепипедов, на две грани которых наклеены фольговые тензодатчики. Месдозы встроены > в матрицу штампа вдоль радиуса заготовки <рис.а>. Возникающие в заготовке окружные (тангенциальные) напряжения вызывают реакцию со стороны практически неподвижного чувствительного элемента месдозы. Зная величину этого реактивного усилия для каждой месдозы и истинную площадь контакта торца заготовки с месдозами, определяется среднее тангенциальное удельное усилие, действующее на торцы чувствительных элементов.

Так как реактивные усилия измеряются в плоскости симметрии заготовки,' то полученные результаты являются средними величинами главных тангенциальных напряжений. Для подтверждения идентичности условий деформирования целого изделия и изделия, полученного из разрезанных заготовок, в качестве критерия выбран параметр одинаковой высоты.

Рис.8. Экспериментальный штамп.

С целью обесгвчения точной соосности пуансона и матрицы, лспользованм шариковые направляющие, а на пуансоне встроена месдоза гуш записи общего усилия вытяжки. Для записи хода пуансона во зремени '"применялся разработанный нами струнный ходограф сзз збеспечивающий боже точную линейную характеристику. Величина усилия >. (усилие регистрируемой 1-ой месдозой) рассматривается как интегральная сумма тангенциальных напряжений, умноженных на элементарные площади на ширине 1-ой месдозы

р( « I о^'Л/р.^о^>лр. <3.1?

Если координаты рх и рд+1 рассматривать как -фиксированные «юрдинаты пространства (переменные Лагранжа), то при переменных тараметрах заготовки они характеризуют изменения тангенциальных

усидий в данной точке пространства. По разработанной методике проведены измерения средних тангенциальных напряжений при технологических процессах вытяжки цилиндрических изделии ( сверггка -вытяжка) из осесимметрических и некруглых плоских заготовок. Результаты замеров, расшифровка данных и оценка точности полученных результатов приведены в работе и«-

Установлена возможность прямых ( не используя математические зависимости между напряжениями и деформациями > измерений средних главных напряжений в условиях плоско - напряженного состояния. Результаты экспериментальных исследований по определению оптимальной формы заготовок совпадают с результатами, полученными методами линий скольжений [21 и аналитическим методом £зэ.

зо

20

<0

О

Рис. 9- Изменение средних тангенциальных напряжений по ширине фланца: а) теоретические; б) экспериментальные.

На рис.9 представлены расчетные и экспериментальные графики изменения средних тангенциальных напряжений по ширине заготовки при перемещении края заготовки от нуля до очка матрица. Расчетные и экспериментальные средние тангенциальные напряжения имеют одинаковый характер изменения по ходу процесса деформирования. Некоторые отличия в величинах и характере изменения а0ср в начале процесса объясняется тем, что в расчетах не учтено влияние упрочнения на величину среднего тангенциального напряжения.

Для изготовления цилиндрических изделий наибольией высоты, при раскрое с учетом минимального расхода листового материала.

необходамо определить оптимальную форму заготовки.

При реиении поставленной задачи исходили из общей концепции, что причиной прироста высоты является изменение отношения нормальных напряжений °'г,Уов ПРИ изменении контура исходной заготовки. Установление определенного соотношения между действующими напряжениями может быть достигнуто с помощью изменения размеров жестких зон в угловых участках неосесимметричной заготовки. Следовательно, задача определения оптимальной заготовки сводится к отысканию линий, разделяющей жесткие зоны от пластических зон, т.е. к определению граничных линий скольжений.

Исходя из общей теории линий скольжений и используя результата исследований, выполненных методами муара и РДМ, установлены углы наклона линий скольжений к главным направлениям и к свободным поверхностям. Показано, что главные растягивающие напряжения нз краевом участке заготовки меняют знак, и вследствие этого напряженное состояние от двухосно разноименного становится двухосно одноименным сжатием. Угол наклонз линий скольжений в полярной системе координат <.р,&у.

/7

,1/2

t?f?/R2 >| . СЗЛ.П

Зависимость ca.i.o позволила определить размеры жестких зон, исходя из того, что линии скольжения в рассматриваемой задаче незначительно отличаются от логарифмических спиралей

р " R ехр\, expX cosCÍT/4 ± 13. <3.1J2>

Расчеты показывают, что х з ± ю\ а расстояние внутренной граниты жестких зон рк = 1.22 rq 121.

Отсюда следует, что, оставляя размеры очага деформации наибольшими в угловом направлении, можно отбросить жесткий' угловой участок, наличие которого оказывает некоторое дополнительное влияние на величину растягивающего напряжения, увеличивая его в опасном сечении заготовки. Увеличение отношения приводит к росту

радиальных деформаций в направлениях образования впадин, а следовательно, к увеличению высоты вытягиваемого изделия.

Полученные теоретические результаты подтверждены

\

многочисленными экспериментальными • исследованиями, которые использованы при разработке технологического процесса формоизменения оболочек.

4. Разработка непрерывных методов дозировки заготовок для технологических процессов холодного деформирования и принципы создания комплексно автоматизированных роторных систем

Все заготовки для корпусов и гильз разделены нз две основные группы: относительно низкие ь/а<о,а и относительно высокие ьа!>о,8. Исходя из этого, разработаны соответствующие технологические машины роторного исполнения и средства технологического оснащения.

Метод непрерывной дозировки заготовок основан: на принципе дифференциального зажима заготовки в осевом направлении в процессе резки сдвигом;

- на принципе сочетания процесса отрезки сдвигом материалов непрерывного проката с машинами роторного исполнения.

При разработке метода решались следующие задачи:

- обоснование необходимости дифференциального зажима заготовки с переменной нагрузкой в осевом направлении;

- оптимизация технологических процессов отрезки и последующей осадки с целью получения необходимых дозированных объемов при заданном соотношении ъ/л и степеней деформаций;

- разработка, изготовление и промышленное внедрение средств технологического оснащения а также машин роторного исполнения дая производства заготовок методами холодного деформирования ( к ним предъявляются повышенные требования в отношении точности объема, отклонение которого должно быть не более ±1%).

Проанализирован. процесс пластического сдвига на специально разработанном и изготовленном штампе с дифференциальным зажимом заготовки с рис. юх Исследованы характер изменения усилий отрезки и осевого сжатия по ходу процесса для сплавов Лбз и Д16.

Проведен теоретический анализ процесса пластического сдвигэ с учетом упрочнения. Показано, что на величину осевого усилия сжатия влияют в основном два противоположно влияющих фактора: уменьшение площади

срезэ заготовки и увеличение сопротивления деформировании, вследствии деформационного упрочнения (рис. и).

Параболический характер изменения усилий отрезки и осевого сжатия по ходу процесса указывает на необходимость приложения переменной нагрузки в осевом направлении. Конструктивным исполнением соответствующего узла штампа обеспечена переменность усилия осевого

СЖаТИЯ С175.

Разработка машин роторного исполнения для производства заготовок базируется на двух основополагающих принципах: - узкая специализация инструментальных блоков, узлов отрезки, рабочих деформирующих инструментов для производства заготовок с конкретными геометрическими параметрами и механическими свойствами; - широкая стандартизация и унификация всех остальных узлов и устройств.

Роторные машины для дозировки заготовок в непрерывном режиме обработки отличаются от общеизвестных тем, что они снабжены дополнительными узлами отрезки зэготовок и переноса их в рабочую зону. Причем каждая рабочая позиция роторной машины снабжена своим узлом отрезки и переноса, чем и достигается возможность сочетания отрезки неподвижного материала в режиме непрерывного вращательного движения машины (рис.12).

Угловая скорость вращения и габариты ротора конструктивно выбраны таким образом, чтобы пластический сдвиг производился в оптимальном диапазоне скоростей (2~.5м^с) для применяемых сортаментов материалов. Отличительной особенностью разработанных роторных машин является конструктивное исполнение их привода.

При производстве относительно высоких заготовок сь/а>о,вэ и легко деформируемых металлов привод инструментальных блоков для формообразования и дозировки выполнен в виде механических копиров для технологических нагрузок не более 50 кН 122,233.

В случае производства относительно коротких заготовок сь/<1<о,8> из материалов с повышенными механическими характеристиками роторные машины дополнительно снабжены гидравлическим приводом движения формообразующих элементов инструментальных блоков. Бри этом достигнуто одно весьма важное преимущество таких машин. Холостой ход приближения деформирующих инструментов обеспечивается механическим копиром, а ход деформирования (в несколько раз меньше хода приближения) - гидравлическим приводом, обеспечивающим достаточно

Рис.и. Изменение усилий отрезки сдвигом (а) и дифференциального зажима по ходу процесса сбэ.- I- АД1, 2- Д16, 3- Л63.

высокие усилия деформирования..

Разработанные роторные машины имеют возможность технологических нагрузок до 500 кН и более. Машины снабжены выталкивающими устройствами и возможностью сочетания с транспортными роторами для переноса дозированных заготовок на другой рабочий ротор.

а). ' б).

Рис. 12. Схема роторной заготовительной машины непрерывного действия: а).- до отрезки заготовки; б). - после отрезки и переноса в позицию штамповки.

Таким образом, разработанные роторные машины дозирования заготовок и средства технологического оснащения в зависимости от конкретных задач производства обеспечивают:

- производство высокоточнодозировзнных заготовок (ронделей) из сортового проката в непрерывном технологическом потоке;

- гибкое .сочетание в общем штоке с роторами механической, термической и-других ввдов обработки.

4.1. Разработка прогрессивных тенологических процессов деформационной обработки

Поставленная " задача по организации производства изделий специального назначения, повышение коэффициента использования материалов и производительности труда являлась основопологающей при выполнении экспериментально - теоретических исследования [17,1в, 20,21,22.233. в зависимости от конкретных условий производства разработаны ресурсосберегающие технологические процессы с учетом их практической реализации на машинах непрерывного действия.

Предложена и внедрена на производстве следующая технология - непрерывным режимом обработки: резка материалов пластическим сдвигом нэ заготовки при ь^>о,8, обратное выдавливание; осадка и калибровка конструктивных элементов.

При разработке технологических процессов, в зависимости от назначения детали, решались следующие задачи:

- экспериментальное обоснование замены исходного материала и его сортамента;

- определение величин технологических нагрузок на каждом этапе формоизменения;

- выявление хзрзктера формоизменения полуфабрикатов;

• - контроль качества полуфабрикатов после очередной операции.

Исследованы механические свойства сплавов Л83М и Д18 для определения характеристик пластичности, функциональной связи между интенсивностью напряжений с и интенсивностью деформаций ^, зависимости интенсивности "деформаций - твердости ну <рис.1з), Зависимость "с^- ну установлена по результатам испытания на сжатие цилиндрических образцов. Результаты исследований использованы для обоснования замены марки и сортамента исходных материалов:

- материал проволоки Л63М и ДГ8 по характеристикам пластичноста и сопротивления деформированию - удовлетворяет технологическим требованиям;

- функциональные зависимости "а - ¿г и "е - ну необходимы для расчета технологических параметров операций пластического формоизменения, оценки качества полуфабрикатов и готовой детали,.

Рис.13. Кривые упрочнения (а) и зависимости твердости . ' от интенсивности деформаций (б).

а также для расчета параметров, характеризующих эксплуатационные показатели деталей.

Экспериментально ^найдены значения наибольших - усилий деформирования, выявлен характер формоизменения полуфабрикатов, дана оценка качества полуфабрикатов после каждой операции формоизменения.

4.2. Анализ процессов выдавливания

Процессы объемного формоизменения, на начальных этапзх технологического цикла изготовления деталей типа гильз, :опрововдаются значительными технологическими нагрузками, вследствие гего узлы машин часто выходят из строя. Установлено, что лишь 5 ... [0. % пуансонов выходят из строя в результате износа, остальные зазрушаются от перегрузок.

Следовательно, при разработке и наладке процессов выдавливания юобходимо установить допустимые усилия деформирования -и глубину >чага деформаций. Нами решены задачи осесимметричного обратного вдавливания 120,21,22,233 и неосесимметричного прямого выдавливания

53.

В первом случае' задача решена методом баланса работ.

Компоненты скоростей перемещении ?2 к ^ р определены с -использованием условия несжимаемости:

¿К' V сК'

£_ - О. ' <4.2.0

Эр р

Из равенства мощности внутренних и внешних сил

■Ш" с.ёдсIV » Ао, С4.2.2>

V ' ■

где е., е, - соотвественно интенсивности напряжений и деформаций, найдена верхняя оценка удельного' усилия деформаций q/cs=F<:R/г>hз{,^^>, в зависимости от размерных характеристик -изделия и инструмента к/г, глубины очага деформаций и коэффициента трения м.

.Применение принципа минимума полной энергии деформаций шч^-аь-= о> позволило найти зависимость относительной глубины очага пластических деформаций от характеристик процесса и

коэффициента трения (рис.14). Установлено, что существует минимум усилия деформирования при отношении яуг 1,3 и слабая зависимость технологических параметров от коэффициента трения, и.

В отличие от осесимметричной задачи, предложен новый . вариант решения уравнений равновесия:

дс 9т

"а^ +

<4.2.3>

др р дЭ р

где а г - соответственно радиальные, 'тангенциальные и

касательные напряжения._

Используя условие пластичности, по гипотезе- постоянства максимальных касательных напряжения, получим:

= 2

с- - а„ = +У. Сс- - т .. , С4.2.4>

рв я рв

ь*

г

1,0 0,5

О) У //

/=0

1

6а %р

4.0

Р-0,5

/=0

* ГД 2,0 ЯуЬ- 1 1,5 2,0 2,5 3,0

Рис. 14. Зависимости:(а) глубины очага деформаций, (б) удельного - усилия выдавливания от соотношения размеров изделия и инструмента.

Функциональная зависимость компоненты касательного напряжения т^ от компонент радиальных и тангенциальных ч0 перемещений, установлена при обеспечении условия постоянства объема.

ар р . р В итоге находим зависимость

дв

<4.2.5>

компоненты касательного напряжения от координат (р, в-, [9]):

'рв

■ <е/со15с р/ю03.

<4.2.6>

Нормальные напряжения с и

. .. ?в определены интегрированием дифференциального уравнения (4.2.3) с учетом зависимости (4.2.8).

По результатам комплексных исследований установлено: а) для операции радиального выдавливания : непрерывный рост усилия, являющийся • следствием упрочнения деформируемого материала, увеличения площади поверхности - контакта и ■ изменения схемы напряженного состояния. Резкое увеличение усилия за последнем этапе деформирования вызвано интенсивным повышением среднего давления. По. мере-заполнения полости матрица процесс пластической деформации

зэготовки переходит в упругое сжатие материала в замкнутом объеме; б) для операции ро'рэтного выдавливания - наибольшее значение усилия при толщине даа,1 определяемой конструкцией детали (2,9 - 3,0мм) близко к предельно допустимому. Изменение контура меридианального

кН

80

60-

4о

20

о

' Рис.15<ах Зависимость усилия радиального выдавливания и изменение формы цилиндрической заготовки.

сечения полуфабриката в процессе деформирования происходит без нежелательных искажений, торец имеет форму, благоприятную для последующего формоизменения.

Последовательность изменения формы полуфабрикатов на каждой операции исследована путем фиксирования контура в шридиэнальном сечении в нескольких стадиях формоизменения (рислзз.б).

В процессе исследования качества полуфабрикатов -проверены форма, возможные нарушения сплошности, изменение толщины -даа, твердости и разностенности. Решение этих задач позволило не только оценить качество полуфабрикатов, но и составить требования к размерам полуфабрикатов на новых формоизменяющих операциях.

Рис. 15(б), Зависимость усилия обратного выдавливания и изменение формы полуфабриката.

4.з. разработка типовых непрерывных технологических процессов.

На основе проведенных экспериментально - . теоретических исследований - разработаны прогрессивние процессы холодного деформирования [1,18,21,22,231. в чачстности разработаны и внедрены технологические процессы изготовления деталей первой и второй группы из круглого проката. В зависимости от размеров заготовки приняты оптимальные варианты формоизменения. Для гладких и ступенчатых корпусов перед операциями прямого и обратного выдавливания осуществлена осадка заготовки, с целью обеспечения дозированного объема и необходимых поперечных размеров. Отрезка .относительно коротких заготовок сь/а<о.в> и последующая осадка осуществлена на роторной заготовительной машине [22,233.

.Разработаны'технологические процессы холодного деформирования в диапазоне изменения диаметра корпусов а..1в мм, при относительной

талщине стенки 2/о-о,оз...о,оз <рис.16а), которые позволили повысить козфициент использования материала от 0,5 до 0,9, а производительность труда от 2000 до 12000 шт^ч.

Для корпусных деталей типа втулок применены аналогичные технологические решения (рисЛбб). Для латунных втулок использованы относительно • высокие заготовки, отрезанные и калиброванные на ■ роторно-заготовительно-штамповочной машине. Диапазон изменения размеров колебался в пределах •

В/Ч! »1,5; ,0-,.1,5.

Для каждого перехода формоизменения определены технологические > нагрузки по ходу 'деформирования. Созданы рабочие инструменты ■ с учётом гибкой' переналадки роторных машин. Перевод деталей из обработки резанием на прогрессивные процессы холодного деформирования при непрерывном цикле изготовления повысил коэффициент использования материалов от , 0,25 до 0,9, а производительность труда - от 300-500 до 12000шт/ч.

При разработке .технологических процессов изготовления гильз иоболочек обеспечены требуемые механические свойства по образующей'в характерных сечениях. Одновременно в этих же сечениях- обеспечена разностенность полуфабрикатов (рис.17). Технология применима для гильз диаметром от 5 до 16мм.

Технологический процесс изготовления оболочек разработан с учетом использования оптимальной ' заготовки с .применением промежуточной отрезки края полуфабриката (рис.18). — С цель» обеспечения гибкости разработанных 'технологических процессов . при одновременном условии его непрерывности,обоснована необходимость создания комплексно - автоматизированных роторных систем, состоящие из кинематически несвязанных, роторных машин для груш технологических операций.Установлено, что для рассматриваемых групп деталей нецелесообразно объединять роторы изготовления заготовок, деформирующие роторы и роторы механической обработки в одной- кинематически связанной линии (рис.

Разработанные 1 технологические процессы позволили предложить классификацию прогрессивных процессов обработки металлов давлением на новом технологическом уровне решения производственных "задач.

С/<

ш

а

1 5

.. .. £

№ Г л?

] с/а

!

.•»и.

ОТ

а.

Рис.16. Технологические операции холодного деформирования деталей: (а) первой; (б) второй группы изделий электронной техники.

Ш.

дм [год

III ш

МФ "/1

«С, Л? "1 /

2190

■

1ч

Ш/,

т/

!

ч ГО

Рис 17. Технологические операции формоизменения гильз.

|

с/о

;■ I ч. с

с//

Рис- 1в. Последовательность формоизменения оболочки из неосесимметричной заготовки.

а

Рртср сютия ¡расыи

.°ис '.9 Типовая комплексно-автоматизирован) ¿ъч роторная _ ' система для обработки корпусных деталей:V а-роторнгя система деформизрозания, б-роторная сиситема обработки резанием

/

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

. На основе выполненных теоретических и экспериментальных исследования разработаны взаимно-дополняющие метода анализа напряженно-деформированного состояния деформационной обработки корпусных деталей из сплавов цветных металлов, что позволило определить основные технологические параметры процессов формоизменения.

г. С учетом основных технологических факторов, для процессов конечного формоизменения свытяжка, обжим, огбортовка. радиальное, прямое и обратное выдавливание^, получены замкнутые аналитические • решения, на основе которых разработаны технические условия для проектирования роторного оборудования, использующее в качестве исходного материала

' прокат круглого сечения взамен дискретных сштучных? или листовых заготовок.

3. Для процессов формоизменения, протекающих в плоско-напряженном сос -тоянш сформоизмепяющие-опреации листовой штамповкиэ. установлен нестационарный-характер изменения путей деформаций в дезиаторной плоскости напряжений. Дана количественная оценка степени нестзциояэрнос-

' та. что позволило раскрыть механизм накопления итоговых деформаций в характерных сечениях, изделий с целью обеспечения требуемых физико--мехэнических характеристик и структуры.

4. Методами муара, линий скольжения, а также методами измерения напря -жений. проведено комплексное исследование напряженно-деформированного состояния при отсутствии осевой симметрии. Установлены особенности процессов формоизменения и причины прироста высота изделий при замене круглой заготовки на неосесимметричную заготовку, вследствие

' изменения схемы напряженного состояния.

з. Исследованы процессы выдавливания на начальных этапах технологического цикла изготовления корпусных деталей из проката круглового сечения. Установлено, что существует минимум технологической нагрузки на деформирующий инструмент, зависящей от размерных характеристик обрабатываемого изелия и инструмента и глубины очага пластических деформаций.

е. Для реализации разработанных технологических процессов впервые созданы и внедрены машины роторного исполнения с механическим и гидромеханическим -приводом для дозированной отрезки сдвигом и штамповки заготовок сронделейз корпусных деталей из непрерывного проката.

7.. На.предприятиях отрасли внедрен ряд ресурсосберегающих-прогрессив -ных технологических процессов и роторное оборудование дяя сбработ -ки деталей типа втулок, крышек, гильз и оболочек, что позволило повысить: производительность труда от зоо.. .500 до вооо... 12000 шт/ч, коэффициент использования материалов от 0,25. .. о.з до о.ез... о.э и сократить производственный цикл изготовлений изделий. Экономический эффект составил в ценах 19втт -1.5 млн. руб.

8. •Научно обоснована необходимость и возможность создания комплексно -' - автоматизированных роторных систем для обработки корпусных дета -лей. в основу которых положены принципы минимума технологических нагрузок и непрерывность производственного циклэ.

По содержанию диссертации опубликованы следующие работа.-

1. Назарян Э.А. Штамповка деталей типа хомута Кузнечно -

штамповочное производство. - ню. - Москва. - iэеэг.. - С. 4&-4? г. A.c. СССР W3908SS Листовая заготовка для вытяжки цилиндрического стакана х- э.А.Наззрян , В.Г. Кондратенко .- Открытия. Изобретения." Б.И. N31 . - 1972.

3. Антипов H.H., Кондратенко В.Г., Нэзарян Э.А. Усовершенствованная коннструкция ходогрэфа /V Известия ВУЗов Машиностроение.- тг. -

МОСКВа.- 1973Г. — С.169 - 170.

4. Кондратенко В.Г., Назарян Э.А. Применение метода муара для исследования деформаций фланца при вытяжке неосесимметрических деталей/.' Известия ВУЗов Машиностроение.- не. - Москва.-

1974Г. -С. 35 - 38. з. Кондратенко В.Г., Назарян Э.А. О напряженном состоянии фланца при вытяжке цилиндрических деталей из квадратных заготовок // Известия ВУЗов Машиностроение. - ws. - Москва- - i Э74г. - С. 23- - 87. в. Назарян Э.А., Гречищев В.К. Пластическое деформирование толстостенной трубы со стержнем /<- Известия ВУЗов Машиностроение-- ni. - Москва. - 19?вг. - С- гг - 26. 7. Кондратенко В.Г., Назарян Э.А. Оптимальная форма заготовки для вытяжки цилиндрических деталей // Известия ВУЗов Машиностроение. -N8.- Москва.- 1Э75Г. - С- 1S - 18. е. Константинов В.Ф., Назарян Э.А. Неустановившийся процесс деформирования цилиндрической заготовки при ватяжке, совмещенный с обжимом.// Труды МВТУ им. Н.Э.Баумана. - мгаэ. -Москва- - 197вг.-С- 72 - 78. ■

э. Назарян Э.А.. Огурцова Т.П. Анализ процесса надавливания ребер жесткости // Труды МВТУ им. Н.Э.Баумана. - игга. - 197вг.- с. 29-35. ю. Назарян Э.А. К расчету размеров заготовки при вытяжке // Известия ВУЗов Машиностроение. - «4,- Москва.- i97er. - С. 21 - гз.

11.Назарян Э.А. О напряженном состоянии фланца при вытяжке /.--Известия ВУЗов Машиностроение- - ns. - Москва.- 1977г.- С. 135 - 1зз.

12.Назарян Э.А., Мкртчян O.A., Пути и распределение деформаций в формоизменяющих операциях листовой штамповки // Межвузовский сборник научных трудов ЕрПИ . - Ереван.- 1977г.- С. зз - 37.

13. Назарян Э.А. Исследование процесса холодного обратного выдавливания /'-Межвузовский сборник научных трудов ЕрПИ. -Ереван.- 1Э78Г. - С. 22 - 27.

14. Назарян Э.А. К определению предельной степени деформации при вытяжке // Прогрессивные метода ОМД. - Ереван.- 137эг. - с.74-75.

15, Назарян Э.А.. Константинов Б.Ф. К расчету размеров заготовки при отбортовке " Сборник научных трудов ВЗМИ. - Москва.- iЭ7эг. -

С. 52 - 58.

îe. Назарян Э.А. Нестационарность процесса деформации фланца при .вытяжке ^ Известия ВУЗов Машиностроение N3. - Москвз.-

19В4Г. - С. 139 - 142.

17. A.c. СССР N1180183 Штамп для отрезки заготовок от прутка/

Э.А.Назарян . C.I Манукян .-Открытия. Изобретения. - Б. и. изз.

-1985.

îs. А..с. СССР№2472ьз Устройство для поштучной выдачи деталей^ Э.А.Назарян . С.Т.Манукян , К.Н.Акопян. - Открытия. Изобретения.-

Б.И. N28. - 198S.

iэ. Константинов В.Ф.. Назарян Э. А. Анализ функции аппроксимирующих кривую упрочнения второго рода // Межвузовский сборник научных трудов. - Москва. - iэеег. - с. зо - зз. го. Назарян Э.А.. Соловцов С.С. Прогрессивные комплексные процессы безотходного разделения сортового проката на точные заготовки^ Автоматизация и прогрессивные технологические процессы холодной штамповки. - Ленинград. - îass. - с. 41- 44. 21. Назарян Э.А.. Манукян СЛ. Ресурсосберегающие технологические процессы в производстве металлических деталей резисторов -<v Электронная Промышленность . - «7. - Москва. - юетг-- С.58 - sa. гг. А. с.СССР ni6s972s роторная машина для изготовления деталей / Э.А.Назарян. К.Н.Акопян . - Открытия. Изобретения. Б. и. Н47. -i sai.

гэ. A.c. СССР M1S426S5 Роторная машина для изготовления изделий / Я.Н.Сильников, В.В.Синяков, Э.А.Назарян. - Открытия. Изобретения. - Б. и. ни. - 1992.

24. Анчар-зкян С.Н., Назарян Э.А., Аветян К.Т. Распределение полей напряжений при двухосной деформации // Известие АН Арм. ССР, серия технических наук xlh . - яг. - Ереван. - îsssr. - С. зз

- 39.

25. Аветян К.Т., Назарян Э.А., Анчаракян С.Н. Рентгенодифрэкционное исследование распределений полей напряжений при радаально-симметричном нагружении -v Материалы второго совещания по Всесоюзной Межвузовской программе «Рентген ». — Черновцы.~ 1987г. * С. 105 - ют.

2в. Абовян Э.А., Назарян Э.А. Взнттенодифракционное исследование макронапряжений порошковой стали Материалы третьего совещания по Всесоюзной межвузовской программе «Рентген». - Ереван.-1S90T.- С. 209 - 210.

27. Назарян Э.А., Оганов А.Е. Рентгенодифракционная система для стоматологии у у Материалы Всесоюзной научно - практической конференции «Рентген -I». - Нальчик. - issor. - С. si-92.

28. Безирганян П.А., Назарян Э.А. Брэгг - френелевская дифракция рентгеновских лучея в кристаллах ^ ЕГУ . -Ереван. -1991г.- зос.-

29. Безирганян П.А., Назарян Э.А. Брэгг - френелевская дифракция рентгеновских волн в условиях крайне симметричного Брэгговского отражения ЕГУ. - Ереван • - 1992г. - 2ic..

30. Безирганян П.А., Назарян Э.А. Вопросы изменения спектральной и пространственной ширин пучков рентгеновских волн при дифракции, ЕГУ. - Ереван . - 1992г.- ззс.

31. Назарян Э.А., Кочарян А.К. Исследование монокристаллических пленок кремния на аморфных слоях sio2 Межвузовский сборник научных трудов «Физика». - Ереван. - 1992г. - С.' 22-25.

32. Аветян к.Т., Назарян Э.А., Анчаракян С.М. Рентгенодифракционное исследование напряженного состояния ^ Межвузовский сборник научных трудов «физика» . - Ереван. - 1992г. - С.за '- 42.

33. Bezirganian P. А7, Nazarian Е. A. Bragg - Fresnel theory of X-Ray Diffraction on crystals // International conference «Advanced methods in X-ray structure analisis of materials)» — Praha .— 1ЭЭО. - p. 45.

34. Nazarian E.A. , Kosharian A. K. , Investigation of a perfection of the monocrystaliine silicon films on amorphous Layers SiO^ SS Europen Conference on Surf ace Science . - Stockholm . - Sweden. - 1S91. - p. 48.

35. Hazarian E.A. . Sezirganian P. A. Bragg - Fresnels Diffraction of X - Ray Waves under Conditions of Extremely Assymraetrical Bragg Reflection SS 13th International Congress UMIST. -Manchester . - 1992. - p. 5 - 8.

so

шаигаи.ъ ыбиц! и.цшгкЛФ

ЧПЬШЧПР ifbSüTbtrPb ¿uuüiönhLUUiDPbtjrhä ftosi>iL№Pr>

nbänpuu.9hflb иецшги.ъ StJUUi4U,li ЬЧ St/blflLfl^hU. i-i Ulli

¿HJI>LI2libPQ

а и Ф п Ф nMJ

Uiiplibtu|>)nunip|mTj|) CT q.Jiipuiljujli ttbljiït.уiluuli Лф<р bi})>pi}uií t qmbtu!}np ift-ipmrçbbpli hwiJwínn_i{iuéi|bbp|iy цЬ|рш|_ЬЬр|1 rçb$npJwy|inb J2U,WU1'J 'pb'Jnipjw'j, bnp iplif.ibn(_nn|»Jibbp[t (¡4 ишр}шфрт.1(ЬЬр|> tftub Ц bbMpifaib plnjjqun|umtiij: ЩЬ

t 50 ЛрЬЬиадм^иЛ t?bp{i '¡pui Ц jjVi>t).p^rvní t 19 çSaïqjip Ц Ызц|1-hpwtptupu¡l)uj& 3S (jji^wjljuib

ЦЬ'Р'МцЬЗДа H цгаЬифр huJwánt|_i{ij>jJ||bt¡p|>y |ip»jljwi¡ili ipHli ilb^'JJL^bpfi hujiliup iljuiln^ t 14 uipuiytinljwp щрпуЬиШцф ицшицф!) rçb$>np-

jJujtjJuuîi tpbumpjnib, ^ЪшЬщчл^шб t ni uipwy|>ntojpiupiujb шицф^шЬц l¡4 bpui иадЬ-ijm[ajmb[i uijji iqpnybubSpti ¡ijujjLjuuUujyJ'uj'b tbbfinw-n'i'tt'jltb htuijujlpupql)

Lntô^xiô bb dbtpiurçlbp|> tí\>2i!w¡t Joujlpjiuti, ijbpgbujlpjjli аЬфяффтрцЛ ií}i jujpj ipb|u'jnLii())t!Uljujb Juljrtfipli(jp С «jpipuíJijJujb ijjn.tuj(ib bi[ hbipu)i}w otqbpuiylitubbpG. hiuifujipbn ujp^uJ^nuI bi{ tinjimbiyínii/. tupuj^aiibnti/. jiiiauifluujiJili bi| hbipiuiiupä lup'piuifijnni 'JJ1l'j ^ Ьи^Ф tunbb¡/>i( tpl]¡>jbn|_nq|!i!j!ju/b q.np6nTjlitpj! bt| Ыфшцщф-puii¿4»Jiu4p¡i Д)}) - 'ft (>J шЪ ЦшЪ Ьил^Цтр tniblitíf ¡i шцдЦ|ир1<нЬ|1 uujhiJuib«ij|ib бЬфафгфлкцЬ

U2Uilp)ujîi ЬЬ ujlu-'^'PÍi'j г)Ьфт>р>5шу^>шЬЬ|ф ogiujunij |_шрпиЯЛр|1 bt| qb-фг>[»1ш!<(>щЪ&р|1 1Щ2фЬр(1 niuiuilbiiju|!pijtuh >J¡> 2luPBt ффшг|шр{ |ipiup ipuiy'jnrç,-ipbuiuljiub Ц t^inp31juit(iAiTí й'рш^тртрциЪ iftpn^kbp, прпЦ hfiduib ijjiui niumJ-Ьши|>||фи4 bb :J4Llu,J!flflUr>lí3llJjlj O^M ujnui£iay>luib Ц ЗЬ^шфприирцшЬ op|!baj¿Uii}imp|mblibpp:

Sbiiujljiub bii флрйЬш'^иЛ htipmiiinpiiifuniliWîpf uipiniubtlbpli hfiilwb ijpuj i/jiuljií'^ kli bnp bimpu|ubujjniiiupwp фБ|«Ьгцпч(1шЬЬр Ц ai>ipnptu¡|)b ijuipjwttnpmjfljbp i\pujl)y ^пш1(и1|шу1ГшЬ huuifojp: Gbippi^tui гули|) ^Ьфш^Мр)) huiiítup ifjuil^ujä t ujif^11^'"'-? anm^P'JJifib (иш!ш1(шс<<$[ф utpbnéiíuub hjiilntliclifepj: