автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.05, диссертация на тему:Теоретические основы и проектирование интенсивных процессов обработки давлением изделий с прогнозируемыми свойствами

ТУЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

«та од '

На правах рукописи ТУТНПКИН Николай Дмитриевич /Щцщщцин

■ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИНТЕНСИВНА ПРОЦЕССОВ ОБРАБОТКИ ДАВЛЕНИЕМ

издеий с прошозирушш свойствами

Специальность 05.03.05 - Пронесен и машнн

обработки давлением

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Тула - 1994

Работа выполнена в Тульском государственном техническом университете,.

Официальные оппоненты: заслуженный деятель науки и техники В доктор физико-математических наук, профессор ТОЛОКОШШКОВ Л.А.;

доктор технических наук, профессор ДЕЛЬ Г.Д.;

доктор технических наук, профессор АЛН1МН Ю.А.

Ведущая организация: Центральный научно-исследовательский институт точного машиностроения.

Защита состоится "2^" мая 1994 г. в 7 7 часов на заседании специализированного совета Д 063.47.03 при Тулюко! государственном техническом университете по адресу: 300600, г. Тула, проспект Ленина, 92, ауд.9-101.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тулиитоп государственного технического университета.

Автореферат разослан.". Л" апреля 1994 г.

Ваш отзыв просим направлять по указанному адресу учопимз секретаре совета.

Ученый секретарь специализированного совета

к.т.н.,доцент _- А. Е, Орлов

. ОЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Отрасли точного виностроения выпускает в массовом порядке изделия, эксплуатируемся в жестких режимах и йспытнваощие интенсивные нагрузки, удар-э воздействия, высокие давления и скорости деформации, сложные зико-химические воздействия. Их эксплуатационные характеристики многом определяются механическими и физико-структурными свойст-. • 'ли материалов. Еолывая роль в технологическом обеспечении меха-ческих и физико-структурных свойств материала готоввх изделий инадлежит процессам обработки давлением (ОД).

Создание новых и совергаенствований существующих техйологачес-х пршессов ОД изделий с прогнозируемыми механическими и физико-руктурными характеристиками их материалов требуют связанного нетического подхода к проектированию технологии, т.е. вклечатш число технологических параметров, наряду с механическими, струк^ рных характеристик деформируемых металлов, влияКщах на эксплуа-иионные свойства готовых изделий. Следует отметить, что опреде-ние технологических возможностей процессов ОД также часто связа-с учётом структурных изменений обрабатываемых металлов (кине-ки роста и размножения деформационных микродефектов, изменения личины зерна поликристаллических агрегатов).

Многие сложные вопросы анализа, проектирования и разработки хнологических процессов ОД изделий с заданными характеристиками таются мало изученными. Особенно трудными для анализа технологи ских возможностей являются нестационарные и скоростные процессы астиЧеского формоизменения, в которых обрабатываемый материал ходится в условиях трехмерной деформации и испытывает сложное гружение с сильным изменением напряженного состояния "(фазына-яжений). Реализация кинетического подхода связана с созданием дежных методов расчета пространственных полей напряжений и Де-р«апий, использованием достаточно совершенных моделей деформи-емых материалов с учётом изменения их механических и структурных ¡ойств в зависимости от степени, скорости,температуры деформации, .зра-боткой методик и рекомендаций по проектирование технологичес-:х процессов ОД с учётом передового технологического опыта.

С другой стороны, сокращение сроков подготовки производства «нх и совершенствуемых изделий, решение технологических задач

конверсии требуют оптимального проектирования и ускоренного внедрения технологий. Реализалия оптимального проектирования в предельно короткие сроки, как показывает опыт, связана о системным применением вычислительной техники, т.е. автоматизированным npoei тировинием. Поэтому решаемая проблема развития теоретических оснс и разработки надежных матиноориентированных'методов анализа и проектирования интенсивных процессов ОД изделйй с прогнозируемым! механическими- и структурными характеристиками' их материалов являе ся актуальной. ■

Диссертационная работа выполнена в соответствии о координат ним планом НИР АН СССР по фундаментальным проблемам машиностроенг (постановление Президиума АН СССР от 25.05.86 г. 642), коордпте ционным планом НИР вузов в области механики на-'1385-1990 гг (приказ Плнвуза СССР от 19.06.85 г. w 455), отраслевыш планами Министерства машиностроения СССР и госбюджетными темами 22-81, 22-86 Тульского государственного технического университета.

А .в тор.защищает:

1. Кинетический подход к анализу и проектированию интенсивна процессов ОД изделий с прогнозируемыми свойствами.

2.'Метод определения. пространственных полей напряжений, ско-росте" течения и связанных с ними технологических параметров, пое волякций прогнозировать механические и структурные характеристики обрабатываемых материалов в нестационарных и.скоростных пронес сах ОД. ' •

3. Результата исследования нестационарных процессов выдавливания осесимметричных корпусных деталей., формообразования оболочек, объемной штамповки изделий -и их элементов с прогнозирование!, механических и структурных характеристик обрабатываемых материале

4.- Результаты анализа скоростных процессов объемной штампов} изделий и их. элементов, разделительных процессов.

5. Усовершенствованные методики .для проектирования интенсивно технологии ОД изделий о заданными характеристиками.

. 6. Структурно-параметрические модели процессов ОД, методику и результаты автоматизированного проектирования (спроектированные и внедренные технологические процессы изготовления спеиизделий).

7. Технологические рекомендации и результаты их использована при разработке технологии изготовления спеиизделий (корпусных изделий, оболочек, стержневых деталей).

Цель р а й о т ¡1, Развитие -на базе кинетического под-зда теоретических осиов и разработка машиноориентированных ме-эдов анализа и проектирования интенсивных процессов ОД изделий прогнозируемыми механическими и структурными свойствами их ма-зриалов, использование методик и технологических рекомендапий ?и разработке.и внедрении новых и совершенствуемых технологичес-IX процессов в точном машиностроении.

Метод исследования. Для достижения постав-знной цели использовались градиентная теория пластического те-зиия металлов с обобщенным условием текучести ГЛизеса, кинетичес-те уравнения для структурных параметров, численные методы решо-1Я систем дифференниальннх уравнений 1з частных производных со чонгами неголономными связями и научно-производственные испита-1Я технологии и готовых изделий. В работе нашли применение тео~ ш математического моделирования, оптимизация решений и числен-гй эксперимент на ЭВМ.

Научная новизна

1. Разработан кинетический подход к анализу и проектпрова-!Ю интенсивных процессов ОД изделий с прогнозируемыми свойст-ами. Его новизна заключается в связанном решении определяющих эотнолений, описывающих пластическое формоизменение металлов,

кинетических (эволюционных) уравнений для структурных парапетов. Для реализации кинетического подхода применительно к анали-/ и проектирование нестационарных и скоростных процессов ОД условиях трехмерной деформации создан метод определения про-грансгвенных полей напряжений и деформаций. Новизна метода за-пвчается в отображении зон текучести в девиаторном пространстве зпрятений с помощью дополнительных условий для направляющего эвиатора, ненакладнвающих ограничений на фазу напряжений и скозе тей деформаций..Последующий направленный к точному решении герационннй процесс интерпретируется как вращение образующей зверхности текучести вокруг гидростатической оси до момента, эгда условия 'градиентности скоростей деформаций удовлетворяются заданной точностью. ■ ■

2. Разработана методика прогнозирования механических свойств» таре?*,ценности деформационными микродефектами, зернистости и крытой .энергии наклепа дефор. лруемых материалов в нестапиоНар-

них процессах пластического формоизменения, основанная на непрерывной информации об эволюции поверхности нагрукения и со-■ гласованных полях напряжений и скоростей течения.

. 3. В плане решаемой проблемы на основе развиваемых методов анализа технологических возможностей процессов ОД подучено новое решение нестационарных пространственных задач выдавливания осесимметричных корпусных деталей, формообразования оболочек с криволинейной образующей, объемной штамповки изделий,.коротких и тонкослойных элементов.

4. Выполнен анализ скоростных процессов объемной штамповки изделий и их элементов, разделительных процессов с учётям"' влияния скоростных эффектов на технологические параметры.

5. С позиций кинетического подхода и передового технологического опыта разработаны усовершенствованные методики проектирования технологии для изготовления изделий точного машиностроения с прогнозированием механических и структурных характеристик их материалов.

6. Предложены технологические рекомендации по обеспечению прочности и стойкости рабочего инструмента и достижение заданных эксплуатационных характеристик изделий (динамической прочности их элементов).

Практическая ценность и реализация результатов работы. Связанный подход с привлечением кинетических соотношений для структурных параметров позволяет прогнозировать механические и структурные свойства деформируемых материалов при проектировании сложных технологий на базе процессов ОД, учитывать влияние структурных изменений на технологические параметры (пластичностд>, деформируемость, операционные степени деформации, режимы термообработки полуфабрикатов) и эксплуатационные характеристики -готовых изделий (способность выдерживать интенсивные нагрузки, ударные воздействия, высокие давления и скорости деформации)'.

Показано, что кинетика накопления поврежденности обрабатываемыми материалами в технологических процессах ОД с промежуточными термохимическими операциями существенно зависит от операционных степеней деформации и оказывает сильное влияние на эксплуатационные характеристики готовых изделий. _ .

Подтверждено представление о том, что тепловыделение в зо-

пах интенсивней .деформации при горячей штамповке оказывает сильное влияние на-микроструктуру деформируемых металлов.

Доказана возможность выбора на основе кинетического анализа оптимальных термомеханических параметров горячей штамповки легированных сталей с чувствительной к температуре текучеотыэ.

Созданы усовершенствованные методики для' проектирования технологии на базе нестационарных процессов ОД и сопутствующих термических операций с прогнозированием механических и структурных характеристик повре*дещгости, зернистости и скрытой анергии наклепа материала готовых изделий и методическое обеспечение для автоматизированного проектирования технологии изготовления осе-сгип.'.етрнчных изделий патроним-гильзового производства с прогнозированием их аксплуатагаоншх характеристик. Разработаны технологические рекомендации'по повышении прочности и стойкости рабочего •аьструнеига для об-,емкого дофоргшровавйь 11 достижение заданных характеристик материала готовых изделий.

Результаты проведенных 'исследований, методика и рекомендации использовались при разработке технологии изготовления спепизделий с задащгсми характеристиками их материалов. Экономический эффект от внедрения технологических разработок на предприятиях точного машиностроешм составил в ценах до 1991 года 559 тыс.руб.

Апробация работы и п у б л и к а ц и и. Основные полевения и результаты диссертационной работы доложены: па Всесоюзных научно-технических конференциях и семинарах"Совершенствование разделительных процессов обработки металлов давлением" (Тирасполь, НТО ИАШПГОЧ, 1980 г.); "Исследование процессы! объемного форлоцклечения. шталдов"(Москва, МДНТП, 1930 г.); "Конструктивно-технологические методы повышения надеигости и их стандартизация" (Тула, АН СССР - ПШТ СССР, 198а г.); "Вычислительная техника в технологической подготовке холодно-штамаоьоч-яого производства" (Пенза, 1ЩНТП, Г989 г.); на республиканских, областных и меявузовских конференциях и семинарах "Теория и практика обработки металлов давлением" (Тула, НТО МАШПРОМ, 1981 г.); "Высокопроизводительные процессы,машин и загрузочные устройства штамповочного производства" (Тула, НТО МАШПРОМ, 1982 г.); "Вопросы развития технологии, оборудования и автоматизации кузнечно-штамповочного производства" (1Ула, ВНТОМАШ, 1989); XXI НТК ИВАНУ (Пенза, ПВАИУ, 1987 г.).; НТК тулГБ! (Тула, 1973-1993 гг).

- в -

Основные научные положения, результаты и выводы диссертационной работы подробно освещены в 42 опубликованных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка использованных источников из 254 наименований и содержит 291 страницу основного машинописного текста, 102 иллюстрации и 9 таблиц. Общий о (Нем рабом 459 страниц.

ОСНОВНОЕ СО ДЕРГАНИЕ РАБОТЫ

Во введения, обосновываются актуальность,и научная новизна решаемой проблемы, необходимость развития связанного кинетическою подхода к анализу и проектированию процессов ОД. Показана преемственность решаемой проблемы с работами отечественных I* зарубежных ученых. Сформулированы основные положения, выноси мые на защиту.

.1. тарш'шадв ошви шш'ичвжого анализа и

ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЩГШЮШЙйД ПРОЦЕССОВ ОБРАБОТКИ ДАВЛЕНИЕМ (ОД) ИЗДЕЛИЙ С ПРОГНОЗИРУЕМЫМИ МЕХАНИЧЕСКИМИ И ФИЗИКО-СТРУКТУРНЫМИ СВОЙСТВАМИ

Дзн краткий обзор существующих подходов к анализу и проектирован о технологических' процессов ОД'изделий с заданными свойствами материалов. В специальных отраслях точно'го машиностроения накоплен большой технолшичоскиЙ опыт по производству изделий с высокими а}<сп/^атшдио1111№1й'хиран,.1«£)ио,1прами. Поэтому, оОобщшша и распространение шит агриолвй *о«ю»*> машиностроения явлитс« иеобховдшми дяг) рашб'пш чайнолошчьоки'х задач' конверсии.'

Сон&ШШмИ О'Щ'К'ЩШМй гтрям&ТГйми, существенно влияющими на »ВДирйтршшшша бйойзш ойрийп'гивпагах давлением иэдилий, лв- ' ляютуй хвдо'итдекшкр поадсхдмшоети микродефектами, аорниотооти и оиритоЯ шшрнм №1ЩШ' 09[^тури их материалов. Шитому оптимальное проектирование нронееооп ОД iis.noлий о шдокими ¡тшлузга-ципнидац ояойешш •оонодоиавтся па шкитичнским йодходо, т.ч. рключешш в чиодо мхнршичшдх параметров о-одмурчах харпкае-ристек маадрип'яои»

'Лсслддешннш ирацшюои ОД е ивийлмшйтшм ттчпчттпо иомг кш ииовпщени реоти отечес'шмших учмих О.ИЛУ^шы, Г,А. СмйрощьЛляс««. В.Л.ЙОйМГерши, Д.Д.Сотикшч, М»Л.Дг.лутивц, Г»&Деля, П,А.вгсфоднййоьл, АД.йзгаздщ, ОПиМаличикого и др.

о _

[ варусонпх С- И.О. Т.Чека, С,Кайоягоп, Ф.А.Йшкяштопа.

1ногла словно вопроси проектирования интенсивной технологии с 1рсп!Озпроза:гаем эксплуатационных характеристик готовых изделий зстаятся мало изученными. Особенно .трудными для анализа, прогнозирования и технологического управления свойствами материала являются нестационарные процессы пластического формоизменения, а когорте деформируемый материал находится в услсеиях трехмерной деформации и испытывает сложное нагружсние с сильным изменение- натрясенного состояния (фазы напряжений). Поэтому дальнейшее разЕН-гие кинетического подхода связано с использованием надежных методов расчёта пространственных полей напряжений и деформаций, достаточно совершенных моделей деформируемых материалов и долтжо основываться на решениях связанной системы уравнений для механических т структурных параметров с привлечением базы данных по прогрессивным технологическим.процессам.

Пластическое формоизменение'материалов в интенсивных и ско~. ростных процессах ОД изделий с прогнозируемыми свойствами описывается в ортогональной системе криволинейных координат X' ( / =1,2,3) следувдими уравнениями для механических и структурных параметров

• Ъ60' = р{}1 -Т1), (I)

ЪУ^О, (2)

/ТЛ^у, Т, /¿к)-= 0, (з)

'р - *

еи ~ Л ^ , (4)

- А (б0', е0-,т, х5;/*к), (5)

Ч'

где О - контравариантные компонента тензора напряжений, V1. , jt , Г' - компоненты векторов скорости, ускорения и'плотности внешних-сил; б/у - ковариантннз кс-аоиенты тензора дефор-дапииг р - гсяо-шость материала; Т - таргюдиг!эг>ичесгая темпе-рэтурч; , ~ параметр". сзя&пнпие с .геформашт.Ч'Я! неголоиомпцмя соот;:с,-;.'3!Г!л:г1; у(л,, -- структур П1а параметры; Пу '^"'Т.ол, ог;а-

- ю -

♦

чавщяй ковариантное дифференцирование; А - скалярная величина, пропорциональная мощности пластической деформации;.,^ - девиатор-нне компонента напрякений; f -• время; в/у - компоненты тензора скорости деформации.

Система (1)-(5) состоит из.уравнений движения (I), условия несжимаемости (2), уравнения поверхности текучести (3), условия градиентности скоростей деформации. (4) и кинетических уравнений (5) для структурных параметров. '

В системе уравнений (1)-(5)

Vе" = б"г«> + а'*г>V - >16)'

где - символы Кристоффёля.

Условия градиентности скоростей деформации (4) сводятся к уравнениям соосности

i <*№> (*о <вд

и условию подобия

и)о - С06 (П)

девиаторов скорости деформации и напряжения Ду ( , (х^а - фазовые, угла девиаторов) 5

В качество поверхности нагружония (3) принимается обобщенная функция текучести Мизеса

где Т$ - предел текучести при сдвиге; - смэппкше компоненты девиатора Лфпрякенкй.

За параметра X .у » связанные с деформациями 6у , принимается степень деформации сдвига (параматр Одкзиста)

/\ = ¡[2ЩГ№1 ~ №}) > (13)

где С/С.у" '-компонента дезиатора приращения деформации О^е » и яитенсазвссть скоростей деформации сдвига Н = с1А/сИ . Епачения параметра А определяется интегрированием соотношения (13) по известному пути деформации 5 .

В качестве структурных параметров деформируемых материалов приняты скалярная характеристика поврежденности мккроде-¿ектами № , веагягна зерна О полакрлсталлических агрегатов и скрытая знергпя наклепа Эп , списываемые кинетическими уравнения-

й«1 = №(Л)]'Н ¿г еШ*) '

"V

(14)

- . М/"' НО, ехр[- /(Л - А0)'], (15)

С1Эп _ илГТТгГТ и .

- /Л / ¡2 <МгУ П , (16)

где (А ) - зависимость пластической разрыхленности от накапливаемой деформации Л (штрих означает дифференцирование ло параметру /[ ); Апр - предельная степень деформации, соот-гетствущая моменту макроразрушения; Во ~ величина зерна- при деформации И о ; /2 (0С)' ~ квадратичный инвариант девиатора напряжений; у , р , уи<*п)- экспериментально определяемые пара- • метры.

Проектирование и-оптимизация технологических процессов, оценка степени их-совершенства производятся с помощью критериальных технологических параметров, к которым относятся распределение прогнозируемых характеристик материала по объему (сечениям) готовых изделий (сопротивления деформации , временного сопротивления 6-, , млкрствердости НУ , структурных характеристик

эп ), количество операций п , максималшая локальная нагрузка г:л рпс5о^глй !тссЕумент(7ядав<, максимальное технологическое усилие Рта и т.д, ]!а значения критериальных параметров налстены ограничения, связанные с техническими услов-тии на тотовын г-,..

делия, свойствами материала в состоянии поставки, конструкта и прочностью рабочего инструмента, характеристиками технолсгг ческого оборудования, т.е.' .

(17

где

y - Gs y - y ' - и

'~[6slma, ' Z~[6jm0r'-'-' [tfJ]

v _ Ртах n _ [Gslmio n _ [GëJmin л< [PJ > u<~ Г6s]m, ' [6ô]mx > ■:■ >

[ ] min - i

[ÇsJmx l^h [P] -

допустимые значения критериальных параметров.

Вводится { - мерное фазовое пространство с координатаг j(j ( j- /, 2 ;..., / ) , в котором допустимые значения критериал] ных параметров образуют область i?^ , ограниченную.кусочн< гладкой гиперповерхностью ЩЩ- / ( ) =1,2, Л) и гиперплоскостями X, - Oi , Ûr . Допустимые варианты технологии отобрагаются точками, в области 5? .

Сложность анализ а процессов пластического формсиэменен: металлов с пространственными полями напряжений и деформаций связана с' большим числом искомых параметров, независимых пе меиннх и локальной -статической неопределимостью системы ура нений (1)-(5). Распространенными приемами преодоления этих трудностей является' уимапение числа неизвестных параметров и независимых переменных'(условие плоской деформации, предп ложе.чия о том, что .некоторые компоненты напряжений или скоростей являются известными). Методы анализа, основанные на сильном упрощении основных'или определяющих-соотношений, могут приводить к потере качественных свойств технологпчес! решений. Для анализа нестационарных процессов с сильным пзг. нением фазы напряжений разработан метод определения простре: ственних полей напряжений,' деформаций и их скоростей. С помощью дополнительных условий '

= û, О* - Су!; + , о

+ 2/бШ tg2âj •- /) •

шя каядой узловой точки пластической области задается ребро тп) на :кверхности текучести $ - О в аестимерном простран-;гве напряжений (рис.1). Опорное.решение системы уравнений ¡1)-(5)'. совместно с условиями (18) позволяет Отобразить два ребра и Мг№г.) на поверхности текучести в пространст-зе главных напряжений (рис.2), одно из которых соответст-зует допустимо?.^ полю напряжений, а другое - допустимому юлю скоростей. Соответствующее- точному решению ребро ММ таходится встречным вращением образующих и

зокруг гидростатической оси (в процессе итерации) до тех пор, тока условие градиен.тности скоростей дефоряацИи будет удовлетворяться с заданной точностью.

Углы <§1 (хк) определяют дифференциальную геометрию траекторий максимальных касательных напряжений в сечениях пластической области о нормалью хк и в сильной степени зависят от граничных условий (геометрии и состояния контактной поверхности деформирующего инструмента), что позволяет задавать Дополнительные условия (18) па основе известных приближенных решений или экспериментального определения траекторий максимальных касательных напряжений.

Пластическая модель материала в форге (12) является удоб-яой для исследования процессов пространственной деформации з помощью специального изображающего пространства параметров /77/"» <Рс • связанных с коклонентами напря*ешй соотношегам-

т

ff/гШ (m¡sin2(p,~m¡sm2Vj),

№T¿t =ÍWJ rnkcos2% (Ш = /,2Д it-J^k), (19)

где //Í7ff J - линейный инвариант тензора напряжений.

Параметры <p¿ «вязаны с углами <j¿ зависимостью 2.$i -- У3/2 ÍQ 2(p¿ и определяют, ориентацию октаэдрической площадки. Шраметри /77; определяют направление вектора касательного октаэдрического напр;::*енйя' (рис.3).

С помощью определяемых bj времени rio шагам полей напряжений и скоростей нахоцилйдь .чолз деформаций, их скоростей, температур, механических хар° тсристик и, на-основе численного г7—»грировзния кинетичес.-\х уравнений (14)-(РЗ), струк-

Риа.Г. Отображение дояолнитель- . Рис,2. Отображение решения •

нмх условий TI8) для компонент С° и V

в пространстве напря*е- 8 пространстве

пий б1} глввних напряжений

Рлс.З. Изог'-.ажоние- напряженного состояния

в параметрическом подпространстве ПЦ

турных Параметров поврежденноети, величины зерна и скрытой энергии наклепа деформируемых материалов.

2. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ И ПРОГНОЗИРОВАНИЕ СВОЙСТВ ИЗДЕЛИЙ В НЕСТАПИОНАРННХ ПРОЦЕССАХ ОД В УСЛОВИЯХ ПРОСТРА] iOTBEffi ЮЙ ДЕНОРМАШИ

Проведено исследование технологических процессов, характерных для производства элементов систем точного машиностроения: обратного холодного выдавливания цилиндрических корпусных деталей из сплошшх заготовок, объемной штамповки изделий, формообразования освстстгичяш: оболочек с криволинейной otr-разующзй, штамповки коротких и тонкослойных элементов в условиях трехмерной деформации.

В связи о сплгвой весулпионэрг.ои ия рассматриваема процессов проводился nx поэтапный анализ. На г^мдем этапа находились цадя напряжений, сгеростей течения, механических и структурных характеристик. Стеаон*. соотаетстгчя мегда компонентами напряжений и Скоростей деформаций в узловых точках пластической области оценивалась неравенствами

С-С - Ш > - ^ * М OJB] , (20)'

у (в) т> ,'fij О

где Ок , Ок - значения параметров Ок , соответсхруиях лодям шпдоуетШ и скоростей в сечнтях плг.с5я«1зскоа облает

;<А = const.

Если йоравенеж» (¿0) не- удовлетворялись, то строился на основе метода групповой релаксации направленный к сочному решению итерационный процесс.

Для определения обобщенной функции текучести н прогнозирования механических характеристик материз«ов использовались неизотер:.етчсские кривые упрочнения

(21)

где %(И!>-Т/И^(/\(НС)Т0)^- изотермическая кривая упрочнения при фиксированных скорости деформации Hj , темпера-гуре То и структурных параметрах JJk0 ' qt q - параметры температурной. зависимости Tt (T)j Tmax максимальная температура обработки. . •

!!акоплейная деформация .А определялась суммированием ее приращений Л Л по этапам. Этапные приращения деформации рассчитывались с помощью кинематических соотношений для отображений траекторий максимальных скоростей сдвига в'плоскоега скоростей. Экспериментальная проверка'расчёта деформаций-, производилась с помощью делительных сеток.

Приращение тёмпературы деформируемого материала, связанное с диссипацией энергии формоизменения, находилось из уравнения ( .

dût - cpdJ ■+ da( , - (22)

где О,- - удельная работа формой-менения; С - удельная теплоемкость материала;. Э1^ - внутренняя'диссипация анергии в связи с изменением структурных параметрер.

.Расчёт поврежденнооуи-материала микродефеКтами._проводился длу' степенной модели пластического разрыхления £.'/ - ЬА° , где Q и à - параметры, определяемые "по опорным точкам опытной кривой £.'i (Л).

Анализ процесса обратного .холодного выдавливания корпусных деталей из сплошных заготовок и его экспериментальная проверка при изготовлении полуфабрикатов гильз показали, что деформация и структурные параметры поврежденности, величины зерна и скрытой энергии наклёпа- неравномерно распределяются в донной части изделий (рис.4). Наибольшую деформацию-и.'повреж-денность накапливает материал, который в заключительный момент формоизменения выходит на границу яласчической области или подходит к ее окрестности. В целом накопленная повреяден-ность прогнозируется-меньше допустимой велич;. ¡.[tû] = 0,6 ...0,7, технологическое превышение которой приводит /снижению Бксплуатационных характеристик Изделий. . •

Средняя величина зерна малоуглеродистых сталей уменьшается до 10...20 мкм.'- Скрытая энергия-наклепа в зонт: интенсивной деформации составляет 1,4/. .1,5 Дяг/мм3.

Критериальным технологическим параметром, лимитирующим степень формоизменения, является контактная нагрг'-ка на пуансон, достигаемая на оси. симметрии величины 14 Т* (1850..; 2050 Шэ для малоуглеродистых сталей),

■ . Друпм ограничивающим факте ¡ом является сильное тепловыделение и повышение темяератугн, - связанные с высокими де-»

сгь сгв-т.агв т ол& ом

аю

о.а о.б ■ ал ' ■ ал

Рис.4» Дедз^ельная сетка и распределение дефоргапаи 'Л и отруктурт-х параметров (х). у I) , 2,1 -з срединном слое X =0,5 1]ЛИ меридионального сечения детали "корп-да"; шщтеявоА овраткнм холодите» всдахшзаркек

формациями и их скоростями и приводящие к ухудшению работы смазки.

Последующий за операцией холодного выдавливания от'еиг эффектно восстанавливает пластичность,' тай как в связи с силь-* ■вой диффузией залечиваются крупные дефекта, Позто'ду "встроенные" в сложную технологию операции холодного .выдавливания позволяют не только интенсифицировать технологию, но и способствуют "наследованию" готовыми изделиями благоприятной, структуры металла и достижению высоких эксплуатационных характеристик изделий. Для достижения надежной стойкости рабочего инструмента холодного выдавливания (до 10...20 тыс.изделий) рекомендуется применять специальную технологию его изготовления, направленную на обеспечение устойчивой структуры его материала в процессе эксплуатации (стабильного кубического мартенсита).

На заключительной стадии выдавливания в донной части-полуфабриката реализуется схема на груженая, характерная для осесимметричного сжатия.пластического слоя. Возникающая при этом зона затрудненного истечения материала может приводить к нарушению его сплошности. С целью устранения возможного нарушения сплошности материала и его пластической разрнхлей-ности рекомендуется торцовую поверхность пуансона выполнять-' сферической формы. • *

Выполнено, исследование процессов, объемной, штампов!® осесимметричных "элементов изделий -и коротких элементов в условиях трехмерной деформации. Операции объемной штамповки используются в производстве -спецйзделий как оамостаятельные', так и в сочетании с другими формоизменяющими операциями. Анализ холодной объемной штамповки (ХОШ) проведен для обра во- ■ вания фланца в донкой части спепизделий с соотношением размеров с///? ? 10 { с/, ¡1 - диаметр и толщина фланца). Установлено, что умеренное .увеличение поврежденноетв (Ю 0,45 • ...0,50) связано с влиянием в&сокого тедроота ти чес ко го давления в пластической области на залечивание, деформационных микродефектов. Максимальная величина давления на 'штамп значительно превосходат Сдельное усилие штамповки (в 1,7... 2,0 раза). Поэтому расчёт прочности рабочего'{шетрумента по: удельным усилиям можб'а приводить к существенным ошибкам при " неравномерном распределении локальной' нагрузки на ¿сформируй-

щув поверхность штампа. Жесткие силовые условия работа итам-пового инструмента лимитирует степень формообразования элементов изделий при ХОЩ. . ■

Прй анализе штамповки коротких призматических элементов as легированных' сталей установлено, чтр степень формоизменения жми тируется опасностью трещинообразования в зоне диагональных плоскостей.' При Горячей штамповке возникает опасность перегрева и пережога структуры металла в зоне больших летальных деформаций• Металлографический анализ обнаруживает лвденйе пережога-зерен стал! 40Х в окрестности диагональных плоскостей элементов ухе при температуре 1240...1250 °С. Понижение Начальной -температуры штамповки до ИЗО...1140 °С приводит к резксиу lióbuítghiib напряжения текучести, снижение деформируемости и, как следствие, недоеташоБкс, чю связано с jsjcokc8 чувствительностью механических характеристик хромистых сталеЗ к температуре деформации. Разработана рекомендации rio выбору оптимальных размеров исходных заготовок и начальной температуры втастговки изделяЯ из хрошетях сталей, направленное на получение йаданицх характеристик материала за ,счйт"'1йянологическйго управления. локальными деформация*а н аффектом тепловыделения. ' '

Гвссг-отреп 'процесс, формообразования сосопмметрич1Л1Х. оболочек с 'крхадлйнейнрй образуйся ? В яатропно-тальзовом производства обмку подвергается -полуфабрикаты пз упрочненного материал.;,' что -накладывает 'оуцестйешше ограничения по опера-ПИ02Н1В1 cfeltcüHSá деформации' и касту зке ка рабочий инструмент. Технолога чес ко о' усилие и нагрузка на рабочий инструмент резко возрастают в заключительной стадии форнообразобатш, когда преобладает мягкая схема 'напряженного состояния. Для более тачного-расчета технологических параметров и оценки- точности используемой в отрасли методики, основанной на инженерной -теории пластичности, проведен анализ'формообразования оболочек с уч-отом изменения фазы напряжений п скоростей, деформаций в меридионалхном направлении стенок-полуфабрикатов. По оцениваемым в опасном сечении материала деформации, повреа-. денносТи и скры$0й энергии наклепа устанавлиВаптся операцион-/1ае.01епряи деформации, количество,операций, и.расечитчваптся *операпиошше:'размеры полуфабрикатов.

Сравнение результатов анализа' о известными црйближенными решениями аналогичных технологических задач показало, что, например, условие плоской деформации приводит И погреиностн при расчёте технологических усилий до 10 при определении локальной нагрузки на шгструмент, локалйш'х дефорьаййй и ■' структурных параметров погрешой ;ь увеличивается до- 20... 40 $. '

3, АНАЛИЗ €К0Р0СгДЩХ ПРОЦЕССОВ ОД

. Обзор работ в области теории процессов скоростного пластического формоизменения- металлов доказывает, ч-/о' менее изученными являются скоростные процессы, 'иестационарность которая обусловлена сильным изменением границ, пластической облети .и локальными составляющими'сил инерции. Чрезмерно Цри-- ближенная оценка влияния скорости и ускорения-деформирования на распределение напряжений, скоростей, пластичность, дефору-мируемость, механические и структурные характеристики деформируемых материалов затрудняет оптимальное проектирование скоростных процессов с полным использованием их технологических возможностей'.

С одновременным учетом влдянйя скорости и ускорения деформирования проведен.'поэтапный анализ скоростных процессов оезяшвания■ узких элементов,объемной йтамсговки, разделительных операций. Б. связи с использованием сото'чно-зсарактеристи-чеСкой Схема системы основных уравнений и определяющих соотношений -анализ отроился на решении смешанной краевой задачи, когда специальные данные Кощи -относятся к й д-ильневд моменту процесса формоизменения...

Сопоставление "результатов анализа процессов деформирования в динамических и квааистатичеоких условиях показало, что-с ростом' скорости деформирован:«: -

увеличивается гидростатическое.давление ь пластической области и локальная нагрузка на рабочий- инструмент, "особенно около-углов штампа;

возрастает предельная-деформация, прп-мьорой наступает макрораз'рушение{' особенно заметно повыше; сся деформируемое ть металла в арудйоваполнимях топках элементах 'полоел-п . шташа, склоинда-л-Сольаим теплопотерям|

- уменьшается поврежденностъ изделий микродефектами, высокое гидростатическое давление способствует залечивание Крупных дефектов - пор; поэтому перевод технологии с обычного прессового или молотового оборудования на высокоскоростное 'не только повышает пластичность металлов и деформируемость полуфабрикатов, но и существенно повышает эксплуатационные свойства 'изделий за счет сильного снишшя поврежденное тп их материалов.'.

Проведен анализ процессов высокоскоростного внедрения плоского и клинового штампов, характерных для разделительных операций'и технологии нанесения рифлений на поверхность изделий специального назначения.

Решение зада-чи-внедрения плоского штампа под действием динамической нагрузки с учетом локальных составлявших сил ,инерции было получено А.Спенсером. Инерционный анализ процесса высокоскоростного-внедрения клипа был впервые выполнен Е.Наяром. Скорость внедрения клина принималась постоянной.

Одновременный учет локальных и конвективных составлявших сил инерпии позволил установить 'следующие особенности пластического формоизменения. Около углов штампа (рис.5) прогнозируется сильное увеличение гидростатического давления и. локальной нагрузки .н?) контактную поверхность штампа, йгеокоё давление на штамп приводит к предельному тренив на контакте около углов штампа и сильному изменению траекторий макоймальных'каоательнцх. напряжений и скоростей течения по сравнению о квазистатическими условиями. Действие конвективных составляющих сил инерции приводит к развороту свободной поверхности материала-около-углов штймпа в направлении к его боковой'поверхности'. Инерционное-решение соответствует экспериментальным данным, согласно которым пластическое течение возникает' 'первоначально в'окрестности углов штампа и распространяется к его оередино. • •

Сойдан способ оперативной оценки механических свойств листовых материалов при. скоростном деформировании. Способ основан нн использовании процесса газодинамической пробивка отверстий в заготовке из штампуемого материала. Эксперимент • тальное исследование механизма' деформирования листового ма~

териала в зоне" отделения отхода позволило установит^ связи мег;ду механическими характеристиками и. характерздш размерами зоны утонения листа вокруг про.бятого отверстия.

У

б)

а!2

ш

,_Рис.5. Шедреше плоского штампа под действием

динамической нащэки- (пластическая область в- -траектории Ттщ

I - окрестность угла, штампа; 2 и 3 - о пиры б/Т пря- ст'дтпчаокой в дштмяческой нагру&ко

Сопоставление реау^ьталов анализа неУ.апионарных процессов ОД с производственными данНцьщ позволяет сделать вывод, что достоверность прогнозирования свести .материала готовых, изделий существенно зависит от точности, расчёта компонент, напряжений и накопленных деформаций - Например, неучзт ь#ек»а неотанионарйосгп (неучёт скорости изменения траекторий максимальных скоростей сдвига) криво,дит к' заниженной оценке деформаций, .'особенно в зонах интенсивного течения (на 30...40 %).

4. ПРОЕКТИРОВАН!® ВДЕШШНКХ ПРОЦЕССОВ ОД ИЗДЕЛИЙ С ПРОГГОЗМУЕМШИ СВОЙСТВАМИ

С позиций развиваемого в работе подхода разработаны усо-¡ршенствованвне методики проектирования интенсивной техно-»гии.ддр изготовления изделий точного машиностроения, Пря-|дятся результаты проектирования технологии изготовления фпуснмх. изделий,- оболочек, стержневых элементов с заданtro-[ эКс п лу а тапионнцми характеристиками..'

Технологический опат отрасли показал, что трудоемкой дачей при- изготовлении специзделий является обеспечение [ заданных эксплуатапионных характерцетик, связанна*, с _ме-шичесшли и структурными свойствам® материала. Оптимальное зоектирование технологии и надежное прогнозирование свойств ¡териала готовых изделий позволила значительно сократить Нем работ, связаншй с отработкой технологии, изготовлением ютах комплектов рабочего инструмента, опытных партий йзде-гй и проведением дорогостоящих испнтаниЙ их эксплуатационных 1рактерйстик. ' •

Создана усовершенствованная методика для проектирования шю логин изготовления корпусных ос ее сгя.»е три чнцх йзделий переменной толщиной стенок и профилированной донной частью гипа гильз, рис.6).

Прогрессивипя технология изготовления корпуоных изделий в точном машиностроении базируется на операциях хЬлодного выдавливания и вытяжки с промеяу.точными термохимическими 'операциям. Для профилирования донной части изделий применяется оперший ХОШ, '

Для расчёта операционных степеней деформации, числа' формоизменяющих операций и размеров полуфабрикатов предложена модель" кинетики .изменения повреядегщссш материала при многооперационной обработке с промежуточными отжигами,-которую удобно представить диаграммой (рис.7).

- степень

Рис.7. Диаграмма изменения йовреЩенности деформируемого материала: при многооперационной ■ ОД с промегу точными откйгами

где , Д2 ,... , A¡, к. СО, , lúz,,.

деформация сдвига и накопленная поврегдбнность ва I-Í!, 2-й,..., заключительной операциях; íúCCr¡ - остаточная по-вревденкость'после отнята перед /+Г-Й форлоиэмевяадаЙ ше~. рапие'й. Установлено, что остаточная поврездонйость шзола операций отгага измеряется tro екЬпоненШгальному' saíoijy

. ¿Oari = ^ (. ' <23)

где - величина повреадвнноста, техноЛогаческое прева-пяние которой приводит í: тйму, что Последующий ómír не восстанавливает. полностьо падстические.свойства материала. Согласно систематавяроваятм опытным даннь'м Л.А.Богатова, О.И.Млгариц.кого и С.В.Смирнова = 0,2.».0,3. ' •' '.

Прогношруемай' поврердешюдть материала' после ( -й формойзмеяяодей операции . . ' *

0>i - Мост i ■■+ А СО( .,' ' (24)

где А(х){ - приращение поврежденноети на 4-й операции.

Зависимость (24) позволяет рассчитать с помощью степенной модели пластического разрыхления операционные степени деформации,.'число операций, размеры полуфабрикатов и исполнительные размеры рабочего инструмента.

В корпусных деталях типа гильз, донная часть испытывает при функционировании изделий интенсивные нагрузки и тепловые воздействия. Испытания показали, что при недостаточно высоких прочностных свойствах и значительной поврежденноети материала в донной части гильз появляются макротрещины. Анализ пластического формоизменения металла на операциях ХОШ выявляет образование складок с большой пластической разрыхлен-постью в переходной зоне от стенок корпуса к донной части. Образование складок связано с перемещением металла из сопря-генного участка корпуса в переходную зону. Р'икроструктурннй анализ металла в зоне разрушения после испытания изделий по-ьазал, что магистральная макротрещина проходит по донной складке, в основном параллельно стенкам капсюльного гнезда.

Разработанные рекомендации по проектированию инструмента ХОШ направлены на исключение-или значительное уменьшение складкообразования металла и его пластической .разрушенности в переходной зоне. Эта цель достигается определением оптимальных зазоров меяду опорным пуансоном и матрицей ХОШ и соотношений мекду радиусами запугления опорных пуансонов, направленных на значительное уменьшение перемещения металла в переходную зону и повышение гидростатического давленая.

Для качественного формообразования наковальни в донной части рекомендуется выбирать об^ем полости в пуансоне-итам-пе.1-й штамповки на 3...5 % больше, чем на заключительной штамповке. Дня'повышения стойкости пуансонов-штампов рекомендуется формировать наковальню на заключительной штамповке путем локального осажива'гая металла.

Усовершенствованная технология, изготовления корпусных изделий с применением оптимизированного инструмента ХОШ позволила достигнуть падежного функционирования изделий при высотах динамических нагрузках и повысить стойкость нуансоноЕ-штампоз в 1,5.., 1,7 раза-по- сравнению с ранее применявядачея инструментом Для изделий 7Н5, Ж!С.

■ Райработана усовершенствованная методика для проекта-

рования технологии изготовления осесимметратенх оболочек с криволинейной образующей, в которой решена следующие ьовие вопроси:

- использование обобщенных расчётных схем, ¿"дючащпх конструкции оболочек специзделий и изделий общемашшюстрои-тельного применения (рис.8);

-прогнозирование механически: и структурны" характеристик материала, влйяюцих на динамическую прочнее.-, оболочек;

- обоснованный выбор и расчёт инструмента "ступенчатой" формы (рио.0), применяемого на оп„ йпиях обшма;

- создание надежной математической модеяа' для автоматизированного проектирования технологии в смысле ее удобной программной реализации с организацией буотЬо сводящихся вычислительных процедур.

В зависимости от конструкции оболочек используются две схемы технологии обкима: с применением рабочего инструмента только "классической" формы и о Применением на первых операциях инструмента "ступенчатой " формы.

По рекомендуемой методике спроектирована и внедрена технология изготовления пульных оболочек.

Усовершенствованная технология позволим сократить но сравнении с существующей .технологией изготовления аналогичны: изделий количество формойвменяющих операций за счёт ргппоиал! ноте использования запаса пластичности металла, аовысиаь стойкость инструмента р 1,4.. .1,G раза, за с-ёт улучшения си-.левых условий его работы и обеспечить сада! ни,1 эксплуатацией вые'характеристики оболочек.

При отладке технология пронарена сиравсдзинас.ть следувд рекомеьдаций.

Использование пуансонов обжима с плс-'.'ой торцевой площа; кой (см.ри6.5,а) является особенно эффективным пел формообразовании оболочек с длинной обжимаемой частью (И"~ h")/ Л" > , 2,5..,3,0 (см.рис.В).'Нагрузка »ь рабочий инстр.,, ент снияаез ся б 1,7., ,2,0 раза по сравнению применением инструмента "классической" формы, что исключает опасность потери устойчивости тонких пуансонов. Длина ступенчатой част" пуансонов ■ должна соответствовать равенств! объемов обжимаемо® ча^-ти оболочки и.ее полуфабрикатов.- Завышенная величина ради-'зй.

Рис.8. Оболочка.с криволинейной образующей и переменной толщиной стенок

D„i

■rrfT

б)

Д*

i

-с

\

Р». ✓ , I

' MI

сЦ

Й1С.9» Расчётная схема исполнительна* размеров рабочего инструмента "стуйенчатой" форма для обжима оболочек: а - пуансон; -6 - матрица

округления торца пуансона приводит к росту локальной нагрузки и нежелательному смещение деформируемого металла из вершны оболочки в стенку. При изготовлении длинных тонких,оболочек рекомендуется образование на полуфабрикате последней вы' тякки предварительной конической поверхности длиной 0,6...

о.?

Установлено, что контроль режима отжига'только по меха-пи ческим характеристикам полуфабрикатов не гарантирует достижения заданных эксплуатационных свойств оболочек. Оток-кенные полуфабрикаты с более крупнозернистой структурой выя-. вмяли на ояерапиях обяима надрывы вершины. Поэтому для получения стабильной величина зерна рекомендовано проводить отжиг полуфабрикатов в возможно узком температурном интервале, не более +10 °С. .

Результаты анализа высокоскоростного деформирования (по схеме внедрения клинового штампа) использовались при совершенствовании технологии а&готрвления рифлёного штрипса из малоуглеродистых сталей взамен рифлення накаткой на листовых заготовках. Основной задачей являлось достижение мелкозернистой структуры металла я экономически обоснованной стойкости валков рифления. В соответствии с установленным интервалом скорости -прокатки рассчитан оптимальный температурный интервал деформации 870...910 °С. Последующие производственные испытания технологии показали', что увеличение температуры за'расчётный интервал приводит к резкому увеличение размеров зерна, увеличении о калинообразования и снижении качества поверхности изделий.

Не то дика расчёта локальных эффектов в зонах интенсивной деформации использовалась при совершенствовании технологии горячей .штамповки деталей аз.хромистых сталей. Металлографический анализ горячёийампованных деталей подтверждает» что локальные эффекты в зонах, интенсивной деформации оказывает сильное влияние на структурные характеристики металла и связанные с ниш эксплуатационные свойства готовых изделий.

5. АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИНТЕНСИВНЫХ ПРОЦЕССОВ ОД ИЗДЕЛИЙ С ПРОГНОЗИТУШМИ СВОЙСТВАМИ

Проектирование технологии на основе точных и слояшх расчётных методов связано с большим объемом вычислительных процедур и требует больших затрат времени. С другой стороны, сокращение сроков подготовки производства новых и "совершенствуемых изделий требует уменьшения длительности проектирования технологии с разработкой соответствующей технологической документации. Решением этого противоречия, т.е. реализацией оптимального проектирования в предельно короткие сроки, является переход к автоматизированному проектирования.

. Для автоматизированного проектирования технологии изготовления ооеси ,-,етричпцх специзделий (корпусных изделий, оболочек, стержневых элементов) с 'заданными эксплуатационными характеристиками создана САПР "СПРИПТ" х. 3 соответствии с техническим заданием на основе САПР решаются следующие основные задачи: оперативное проектирование технологии, в первую очередь, рабочего инструмента для изготовления новых и совершенствуемых конструкций изделий, прогнозирование характеристик материала готовых изделий;, оптимизация технологии по задаваемым критериальным параметрам. Реализуемые процедура проектирования об-единены и представлены в виде 4-х модулей (подсиотьм): расчётного, графического, управляющего и обслутвавшего.

Методическое обеспечение расчётного модуля системы основано на разработанных методиках проектирования технологии. Технологический процесс проектируется гак дискретный объект, состояний из упорядочение? последовательности операций. Кая-пая операция описывается совокупностью, параметров: степень!) деформации, размерами полуфабриката, исполнительными разметами инструмента, механическими и структурными характеристиками материала, технологическим усилием, локальной нагрузкой на инструмент и т.д. Поэтому принятые математические модели процессов ОД являются етрукаурно-параметрическими и представляют собой последовательность связанных правил, аналитических зависимостей и упорядоченной информации, основанных на пере-

х) САПР "СПРИНТ" создана в результате совместной НИР • . 1ПШТ0ЧИАШ и 'ГуйГ!И по координационному плану отрасли.

f-я ' оаъемная штам'псдхп п атришх XL = 12,¿¿8

2,-я оЗъетая атиппо&ка-

hampa а о Д

i

! áff.os

SLV pj-

и.

$BSL

у

&SS4

Ñíj

jn

Ж

1 '

i а

г 1

!

P-c.IQ. 'Лополнятельнге размет»» шбочгего чтструмента едя холодной объемной отагаовки

ионной части корпусной детали к 5 т. изделие

воя технологическом опыте отрасли и положениях технологией механики и теории ОД. . .

На .основе САПР спроектирована интенсивная технология готовления элементов для комплекса штатных и опытных спеи-целий, в том числе, рабочий инструмент (рис.10). Автома-зированное' проектирование позволило интенсифицировать тех-логию и обеспечить эксплуатационные характеристики гото-х изделий при значительном сокращении работ tjo отладке хнолопш, корректировкам рабочего инструмента, изготовим опытянх партий.изделий. ■ .

Опыт эксплуатации САПР."СПРИНТ" показал, -что наиболь-я эффективность .автоматизированного проектирования прояв-ется при проведении технолога ческих исследований, саязан-х с выбором сортамента исходного материала, варьированием ерационных степеней деформации, исполцительных размеров бочего. инструмента, характеристик деформируемых материа-марок инструментальных сталей, анализом эксплуатацион-х характеристик готовых изделий. Технико-экономический ]фект от автоматизированного проектирования технологии до-■игается за счёт снижения трудоемкости, уменьшения сроков, )стияения. качества проектирования¡ сокращавшего количество >работок. технологии и опыТншс партий изделий.

ОСШВННЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В диссертационной работе осуществлено решение научной зоблемы развития теоретических основ и разработки надежных яглноориентированннх методов анализа и проектирования ин-гнсивных процессов' ОД изделий .с' прогнозируемым механически-и структурными характеристиками их материала.

Теоретические положения основываются на развиваемом шетическом подходе к анализу и проектированию.интенсивных эоцессов ОД, т.е. включении.в число технологичвских пара-зтров. структурных характеристик-деформируемых металлов, 1ределякцях $ксплуатационт.;е свойства готовых изделий^ Для эализашга кинетического, подхода созданы "совершенствован-че макшоорпентироватше методы анализа и расчета нестапио-эрямх и скоростдах процессов.пластического формоизменения зталлоз в условиях прострапс лзеинсй деформации, позволяодие

учитывать кинетику изменения механических и структуршн: свойств дефоршруемых металлов к реальные oxtí.u; i:;c обрабоа • . кн.

Разработанные методики проектирования технологии.для изготовления изделий точного машинострорция основываются на передовом технологическом опыте отрасли и развеваемо;.; кинетическом анализе.

В результате теоретических и опнтно-произьодстзештых исследований получены следующие результаты.

1. fia основе анализа передового технологического опита специальных отраслей машиностроения и литературных источников по перспективе развитая ОД показано, что создание новых и совершенствование существуицих технологических -процессов производства изделий ответственного'назначения требует учёта не только стандартна механически, но п стп?к- ' турннх характеристик материала, существенно" влияющих на зк~ спдуатадионкне свойства готогах из?,зла: и технологию их ИЗ-

ГОТОВЛеНИЛ ,

Экспериментальные исследования, стендовые и полигоннкс испытания показали, что основными структурными паряметра г га, существенно влияющими на эксплуатационные свойства изделий (способность выдерятвать интенсивные нагрузки, ударные воздействия, высоте давления и скорости деформации), являются характеристики повреяденноспг деформационтт микродефектам:!, зернистости поликристаллических агрегатов и скрытой энергии наклепа их материалов."

2, Получена связанная система основных к определисщих уравнений, описывающая пластическое формоизменение материалов с переменной структурой в условия:? прострднствзниоЯ деформации. Составлены кинетические уравнения для структупмх параметров, в качестве которых принята скалярная повревден-ность микродефектами, величина зерна поликрпе-таллачеекпх агрегатов и скрытая энергия ваклзпа. Для прогнозирования механических характеристик деформируемого материала в зависимости от деформации, ее скорости 'И тшаератури иьодлолопо но- . .юльзовать пшёрпсверхкос.та упрояноиал, ¿«гч-кз- ззьавтея длй каждого материала с помощь» опорнах rtíп" троенных .га основа слотов о езркцвгшгш уодадо-я дс|-ор ют:'-. Ирвйддаз- ' на математическая модель опорных готаэторз^мок»* крчт'Х уп~

рочнения. С учётом представления о гиперповерхности упрочнения установлен вид обойденной функции текучести Мизеса, которая совместно с принята.! условием градиентности скоростей деформации определяет ассоциированный закон пластического течения металлов. Подобный подход псгволяет учитывать скоростные и структурные эффекты в интенсивных и скоростных процессах ОД, влияющие, на технологические параметры и эксплуатационные свойства готовых изделий.

3. Проектирование технологии и прогнозирование характеристик готовых изделий требует достоверной информации о напряженно-деформируемом состоянии обрабатываемых полуфабрикатов. Разработан метод определения пространственных полей напряжений и скоростей пластического течения металлов в процессах с сильным изменерем фазы напрятаний. Доказано, что отображение зон текучести в девиато.рнсм прострапетвь напряжений с помощью "гибких" дополнительных условий для направляющего девиатора напряжений позволяет построить опорное решение и направленный

к точному решению итерационный процесс. Разработанный метод соответствует известному эксперт,1енталыю подтвержденному положению, согласно которому начало и развитие пластического течения отображается ребром (образующей), "скользящим" по поверхности нагруженая.

4. Для оценки технологических возможностей и- оптимизации процессов ОД сформулирована система критериальных условий. Задаваемые предельные значения критериальных параметров выделяют в фазовом пространстве область допустимых значений технологических параметров и позволяют проводить оптимизацию технологии по каждому параметру или их совокупности.

5. Проведен анализ технологических возможностей нестацпо-' парных процессов холодного выдавливания корпусных изделий, объемной шттшчши осесимметричннх деталей, коротких и тонкослойных адамита в условиях трехмерной деформации, формообразования осв!;ип)'.'?ричтд- оболочек о криаодйь-еШгоЙ образующей.

■В результат« .исследования процессов холодного рыдпвливания

и ХОШ установлено, что деформация, повреидейность микродефектами , величина зерна полдкристалличеокях агрегатов и скрытая диаршп ччидчип неравномерно распределяются по обт.ему деформи-руемнХ'ЦущЬшЙ. Значительные отетмш деформации при мягкой

схема напряженного состояния способствуют формирование высоких прочностных свойств материала при малой его поврежденное ти и зернистости. Последующий за операциями холодного выдавливания и ХОШ рекристаллизацлонный отжиг эффектно восстанавливает пластические свойства, так 1;ак процесс носит диффузионный характер и залечиваются крупные дефекты.' Поэтому "встроенные" в технологический процесс операции холодного выдавливания п ХОШ позволяют не только интенсифицировать технологию, но а-способствуют "наследование" готовыми изделиями качественной структура.

Результаты исследования процессов горячей штамповка элементов изделий из легированных сталей показали, что тепловыделение в зонах интенсивной деформации оказывает сильное влияние ¡¡а выбор температурного интервала. Для горячей штамповки легированных сталей с высокочувствительной к температуре текучеепп рекомендуется выбирать узкий температурный и; тервал, исключающий явления как недоштамповки, так и аережоп структуры металла в -зонах интенсивного тепловыделения.

6, С одновременным-учётом влияния скорости ч ускорения деформирования проведен яозтапкнй анализ скоростных процессов объемной штамповки изделий и их злес.ентов, разделитель. .¡х операций. Установлено, что с ростом скорости деформирования уменьшаете«) гюврежденность изделий микродефектами, так как высокое гидростатическое давление способствует залзчвва-на» крупных дефектов. Возрастает предельная деформация, при которой наступает манроразрушение; заметно повышается деформируемость металла в труднозапол/шмых элементах полоста -штампа. Разработан способ'оперативной'оценки технологических свойств листовых материалов при скоростном деформировании.

7. Сравнение результатов анализа нестационарных пропсе-■сов ОД с опытными и производственными данными позволяет сделать вывод, что достоверность прогнозирования свойств мате- ■ риала готовых изделий существенно зависит от точности определения напряжений и накопленных деформаций в обрабатываемых материалах, особенно в зонах о больной кривизной траекторий деформации.

Сопоставление подученных результатов с известными приближенными решениями аналогичных технологических задач показало, что методы анализа, основанные на сильном упрощении

юновных уравнений и определяйте соотношений (осреднении сдельных компонент напрятетШ, допущении о полной пластич-юсти, гипотезе идеально-пластического материала) могут при-юдить к значительным погрешностям в определении еле,дующих технологических параметров:, характеристик материала гото-шх изделий, температуры обработки с учётом тепловыделения, ¡тепени использования запаса пластичности материала,проч-гости и стойкости.рабочего инструмента.

8. На основе кинетического подхода и технологического зпы'та отраслей машиностроения созданы усовершенствованные яетодики проектирования интенсивной технологии для изгото&-юния специвделий с заданными эксплуатационными характеристиками. Разработаны рекомендации по технологическое управ-чению свойствами деформируемых материалов и повышению проч-юсти и стойкости'рабочего инструмента для изготовления спеп-

13ДСЛИЙ.

С использованием разработанных машиноориентированных тетодик создана при участии автора система автоматизировав-юго проектирования технологии для Изготовления изделий гатронно-гильзового производства.

9. Разработанные методики, рекомендации и САПР использо-зались при проектировании и внедрении интенсивной технологии !Зготовяения специзделий с заданными эксплуатационными характеристиками: корпусных деталей, оболочек, стержневых элементов, рифленого т'трипса и технологическом повышении эксплуата-люнных характеристик горячеттамповамшх деталей из легиро-занннх сталей. Экономическая эффективность в основном достигалась в результате:

- разработки интенсивной технологии о'наименьшими материальными затратами за счёт сокращения объема работ по отработке технологии, изготовлению комплектов рабочего инструмента, опытных партий изделий и проведению дорогостоящих эксплуатационных испытаний;

- технологического обеспечения надетых эксплуатационных характеристик изделий;

- сокращения врё-'ени от разработки конструкции изделий до внедрения _технологии их изготовления."

. Экономический эффект от' недгепия технологических разработок на предприятиях отрасли' точного мг.пяиостроенил -составил

в ценах до 1991 года 569 тысяч рублей.

основное СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В СЛЕДУЮЩИХ -РАБОТАХ.

1. Тутышкин Н.Д. Кинетический подход к анализу и проектирование интенсивных процессов обработки давлением изделий с прогнозируемыми свойствами / Тулюк.политехи.ин-т. - Тула, Г991. - 32 е.: пл. - Епблиогр.г 36 назв. - Деп.в ЕНИИТЭПР 12.03.91, 10.

2. Тутышкин Н.Д., Зимин Е.Е., Токарева О.В. Усовершенствованная методика проектирования операций обжила обол-, чек на АРЛ к АРЮ1 // Вопросы оборонной техники: Научно-техн.сб. Сер.13. Комплексная автоматизация производства и роторные линии. - М.: ¡ГШ "Инфорктехника", 1991.'- Вып.З. - С.7-12.

3. Тутышкин Н.Д., Зимин Е.Е., Токарева 0;Б. Автоматизированное проектирование вытянки осесимметричннх корпусных изделий //, Кузнечно-штамповочное производство,. - 1992. -

Г» 6. - С.16-19.

4. Тутышкин Н.Д. Прогнозирование структурных свойств обрабатываемых давлением изделий // Пссдед. в обл.теории, .технологии и оборудования штампов.производства: Меквуз. сб.ст. - Тула: Тульск.политехи.ин-т, 1992. - С.20-26.

5. Тутыпжип Н.Д. Осадка полосы мевду плоскопараллель-ними плитами // Изв.вузов. Машиностроение. - 1282. - к 5. -С.35-37. •

6. Тутышкин Н.Д. Определение согласованных полей напряжений и скоростей при деформировании осесимметричных изделий // Изв.вузов. Машиностроение. - 1985. - 4. -

С.3-7.

7. Тутьгшнин Н Д. Использование передового технологического опыта точного машиностроения для производства массовой металлопродукции // Конверсия, наука и образование: Тез. докл.междунар.конгресса. - Тула: Госуд.комитет РФ по высш. образование - Тульск.госуд.техн.ун-т, 1993. - С.32.

8. Внедрение высокопроизводительной технологии изготовления рифленой ленты / Н.Ц.Тутышкин, 'П.ИЛ'атарпнов., -В.Ф. Зимин п.др.// Кузнечно-ютамповочпое производство. - 1977. -№ 9. - С.19т-21. '

9. Тутышин Н.Д. Технологические основы управления механическими свойствами изделий при обработке давлением //Конструктивно-технологические метода повышения' надежности и их стандартнаапия. 4.1; Тез.докл.Всесоюзн.ковф.- Тула, 1988. -С.144.

10. Тутышкип Н.Д. Ассоциированный закон быстрого пластического течения металлов //'Машины и процессы обработки материалов давлением: Межвуз.сб.ст.- Тула, Тульск.политехи.ин-т, 1988. - 0.22-25.

IT. Тутышкин Н.Д. Поверхности упрочнения при обработке давлением металлов-С переменной структурой // Исслед.в обл. теории, технологии и оборудования штампов.производства: Межвуз.сб.ст.- Тула: Тульзк.политехи.ин-т, 1990. - С.79-85.

12.. Тутншкин Н.Д. Нензотермические кривые упрочнения металлов при скоростном дефорлированип ■// Изв.вузов. 'Машиностроение. - 1988. - .к 10. - С.23-2о,

13. Тутншкин И.Д. Осесимметричное сжатие тонкослойного пластического материала V Исслед.в обл.пластичности и обраб. металлов давлением.-" ?.'ежвуз. об. научи, тр.- Тула: Ту люк. политехи.ин-т, 1984. - С.80-85.

14. Тутышкин Н.Д. Осадка тонкослойных деталей в условиях трехмерной деформации // Обработка металлов давлением: Межвуз.сб.ст. - Свердловск: Уральск.политехи.ин-т, 1984. -С .'129—134.

15. Тутишгаш Н.Д. Графическое изображение пространственного состояния пластического тела при использовашш произвольной системы координат // Исслед.в обл.пластичности и обраб. металлов давлением: Межвуз.сб.научн.тр.- Тула: Тульск.политехи, ин-т, 1965. - С.II9-T24.

К. Тутышкнн Н.Д. Использование характеристической формы уравнений 'лаитического течения для решения пространственных задач ' Т^льск. политехи, ин-т. - Тула, 1981. - 12 е.: ил.~ Гиблиогр.:3 назв. - Деп.в ВИНИТИ II.12.81, * 5641.

17. 'Гуташкин Н.Д. Построение характеристической формы уравнений пластическою течения для решения осесимметрпчных задач / Тульск.политехи.ин-т. - Тула, 1984. - 12 е.: ил. -Гиблиогр.: 5 назв. - Деп.в ВИНИТИ 23.03.84, № 1624.

18. A¿c. 627377 СССР, М.Кл2 G 01N 1/28. Способ изготовления образцов для экспериментального исследования плантичес-

кого формойзменення / В.А.Береговой, В.Ф.Зимин, П.И.Татаринов, С.П.Яковлев, Н.Д.ТУтншвин, В.Д.Кухарь (СССР) - « 2464419/25-26; Заявлено 16.03.77; 0публ.05.10.73,- Еюлл.« 37. - С.152.

19. Тутышкин Н.Д. Кинематические свойства нолей линий скольжения при плоском нестационарном течении // Обработка металлов давлением: Межвуэ.сб.от,- Свердловск: Уральск.политехи. ин-т, 1980'. - Вып.7. - С.31-37.

20« Аналитическое определение деформаций при нестационарном пластическом течении с помощью сопутствующей систеш координат / Н.Д.Тутышкин,В.В.Козлов, Т.Н.Полтвф и др.ТУльск. политехи.ин-т. - Тула,1986.• - 9 е.: ил,- Еиблиогр.: 3 йазв,-Деп.в ВИНИТИ II.10.86, « 7161-В.

21. Ту та шкин-Н.Д. Анализ формообразования осесимметричннх оболочек с криволинейной образующей // Исслед.в обл.теории, технологии и оборудования штампов.производства: Межвуэ.сб.от,-Тула: Тульск.политехи.ин-т, 1991. - С.40-50. .

22. Тутышкин Н.Д. Плоская осадка узкой полосы с учётом сил инерции // Исслед.в обл.пластичности'и обраб.металлов давлением: Мегауз.сб.научн.тр,- Тула: ТУльск.политехи.ин-т, 1975. - Вап.В. - С.6-Н,'

23. Тутышкин Н.'Д. Расчёт деформаций к .использования запаса плагтичности материала прй быстром' нестационарном течении // Обработка' металлов давлением: Межвуз.сб.научн.тр.- Свердловск: Уральск,политехи.ин-т, 1981. - Вып.8. - С.83-88.

24. туташкин Н.Д. Соотношения на райрывах при динамической плоской деформации // Технология машиностроения: Исслед. в обл.пластичности и обраб.металлов давлением. - Тула,ТУльск. политехн.ин-т, 1973. - Вып.29. - С,56-66. .

25. Тутышкин Н.Д. Краевые задачи при нестационарном быстром, плоском течении //Нее лед. в обл.пластичности и обраб. металлов давлением; Меквуз.сб.ст. - Тула: Тульск.политехи, ин-т, 1973. - Внп.1. - С.93-97. -

26. Тутышкин Н.Д. Анализ заключительной стадий высокоскоростной штамповки в открытом штампе. // Изв.вузов. 'Машиностроение.'- 1977. -'« 8. - С. 132-136. ' • '

27. ТУтытюш Н.Д. Заполняемость и условия работы штампа при высокоскоростной штамповке // Кмпульсш/е .методы 'обработки металлов -давлением. - Тула: Тульск.политехч.ин-т, 1973. -

С. 22-27. ' '

28. Чутешкин H.Д., Ренна И.П. Удельные усилия при высокоскоростном плоском выдавливании // Кузнечно-штамповочное производство. - 1974. - 10. - С.6-8.'

29. Тутышкин Н.Д. Анализ начальной стадии плоской закрытой прошивки на высокоскоростном молоте // Изв.вузов. Машиностроение. - 1974. - № 7.- С.139-143.

30. Тутникин Н.Д. Описание динамики пластически неоднородной среды з условиях плоской деформации // Обработка металлов давлением. - 1Ула: Тульск.политехи.ин-т, 1974. - Взп.25. -

С.80-90.

31. тышкин Н.Д. Расчёт технологических параметров в нестационарных процессах скоростного деформирования.металлов

V Вопроси развития технологии, оборудования и автоматизации .47 зне чно-итамчовсчного прои зво детва : Ге з. докл. Рес пу бл. научно-техн.конф. - 'Гула, 1989, - С. 12,

32. Тутаижки Н.Д, .Коновалов А.В., Гдровков В.А. О расчёте ■ рабочих параметров зисокослорсстного молота // Технолотая машиностроения: 1!сслэд.в обл.пластичности и обраб. ¡металлов давлением. - Тула: Тульск.поллтехн.ин-т, 1974. - Вып.35. - С.43-48.

33. Тутншкин Н.Д., Козлов В.В. Высокоскоростная пробивка отверстий в деталях листовых материалов с применением поэлементной технологии // Кузнечно-штамповочное производство. -Г982. - >'• 4. - СЛ6-Га,

34. 'Гутншкин Н.Д. Начальное пластическое течение при внедрении плоского штампа под действием динамической нагрузки /^¡зв.вузов. |!ашиностроенпе. - 1981» - 3. - G.103-106.

35. А.с. I4I6890 СССР, ГШ3*? 01 Ы 3/30. Способ оценки стампуемости листового материала / В.В.Козлов, Н.Д.Тутышкин

(СССР). - »6 4102199/25-28: Заявлено II.05.86; Опубл. 15.08.88, Рюлл.» 30. - С.З.

86. Козлов В.В., Тутышкин Н.Д. Оперативный-способ оценки пластических свойств листовых материалов // Конструктивно-технологические методы повышения надвяности и их стандартизация. 4.2; Тез.докл.Зсесойзн.конф. - Тула, 1988. - С.31.

37. Тутиикин Н.Д. Проектирование инструмента для холодной объемной штамповки коргг/с.шх деталей /' Исслед.в обл.теории, технологии и оборудования штамповочного производства: Медвуз, сб.ст. - 'Гула; Ту лье к л i-cy д. тсхн .у п~г, 1993. - C.Î0-T3.