автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.05, диссертация на тему:Теория и методы проектирования технологических процессов электроимпульсной штамповки

На правах рукописи Для -с.тужебного пользования экз .1Р_23_

ГОЛОВАЩНЕСО СЕРГЕЙ ФЕДОРОВИЧ

1Т0РИЯ И МЕТОДЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСНОЙ ШТАМПОВКИ

Специальность 05.03.05 - Процессы и машины обработки

давлением

/

, ч АВТОРЕФЕРАТ

/■ / диссертации на соискание ученой степени

7/ доктора технических наук

Москва 1995

/Ь л ( ■ )

Работа выполнена в Московском государственном техническом университете им. Н.Э.Баумана

Научный консультант - доктор технических наук, профессор Овчинников А.Г.

Официальные оппоненты: Доктор технических наук, профессор Матвеев А.Д.

Доктор технических наук, профессор Тарасов В.А.

Доктор технических наук, профессор Кухарь В.Д.

Ведущая организация: ГП НПО "Техноиаи"

Зашта состоится в Щ^г час.

на заседании специализированного Совета Д053.15.05. при МГТУ им. Н.Э.Баумана по адресу: 107005, Москва, 2-я Бауманская ул. д.5.

Ваш отзыв на автореферат в I экз.. заверенный печать», просим высылать по указанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ имени Н.Э.Баумана.

Автореферат разослан

Желающие присутствовать на защите должны заблаговременно известить совет письмами заинтересованных организаций на имя председателя совета.

Телефон для справок ¿67-09-63

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ специализированного совета

к.т.н., доцент Семенов В.И.

Подписано к печати .24 Ч, 1) Г Объем 1,0 п.л. Тираж 100 экз. Заказ Типография МГТУ им.Н.Э.Баумана

. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТУ

Актуальность. В настоящее время для повышения конкурентоспособности продукции отечественного машиностроения необходик, о снижение ее себестоимости, уменьнение с роков освоения новых единиц продукций, сокращение доли ручного труда, снижения трудоемкости изготовления и металлоемкости технологической оснастки и приспособлений. В значительной мере решению этих задач способствует внедрение в промышленность высокоэффективных технологий магнитно-импульсной и электрогидравлической штамповки. Они отличаются мобильность», простотой и низкой стоимость» применяемой оснастки, вчсоким качеством изготавливаемых деталей и узлов, компактностью используемого оборудования. Установки для магнитно-импульсной и электрогидравлической штамповки легко поддаются автоматизации и удачно размещаются в обычных производственных помещениях, не требуя подготовки специальных фундаментов. Указанные установки могут использоваться для выполнения гаммы формоизменяющих, разделительных операций листовой штамповки и для сборки неразъемных трубчатых соединений. Реь^льтаты предшествующих исследования показали, что в операциях магнитно-иыульсной и электрогидравлической штамповки можно получить более высокую предельную степень Формоизменения (болыше значения высоты борта, глубины формовки. коэффициентов раздачи и обжина), более высокую точность штампуемых дате лек и качество поверхности разделения, надежную герметичность и прочность неразъемных соединений.

В тастояиее время освоен выпуск опытных и серийных магнитно-импульсных и электрогидравлических установок, созданы автоматизирующие устройства и модули, позволявшие использовать это оборудование в условиях серийного, ку. шюсерияного и массового производств.

В то же время при внедрении процессов электроинпульсной штамповки (под этим термином будем понимать совокупность процессов магнитно-импульсной и электрогидравлической нтамповки) в серийном, крупносерийном и массовом производствах выявлена низкая стойкость технологической оснастки, инструмента и элементов энергетического блока. Особенно низка стойкость при штамповке груднодеформируемых и обладаюишх низкой электропроводностью сплавов и сталей, поскольку для их форь.оизмене-

I

ния необходимы значительные деформирующие силы и соответствен но более высокая ио-ность разряда конденсаторной батареи. Снижение энергоемкости технологических процессов позволяет не только экономить энергоресурсы, но и существенно повысить стойкость элементов технологического оборудования и инструмента, уменьшив при этой количество простоев; связанных со сменой инструмента и ремонтом оборудования. Решение этой проблемы, а также сокращение объемов опытно-доводочных работ и сроков подготовки производства, может быть достигнуто в результате разработал теории'электроиылульсной итамповки и создания научно-обоснованных методов проектирования технологических процессов и инструмента, обоснованным выбором технологического оборудования. Инесаиеся в ~тггеретуре работы, как правило, позволяет дать оценку энергоемкости технологического процесса. Однако, вследствие принятых значительных упрожавдих допуиений, касавди^ся задания механизма деформирования заготовки и контактного взаимодействия ее с оснасткой, схематизации условий работы индукторов, не позволяют найти оптимальные условия протекания технологического процесса и работы инструмента, оптимальные конструкции изготавливаемых соединений. Существенные трудности создает также то. что имеюииеся в литепатуре методы расчета технологических процессов часто использует различные исходные уравнения и математические метода их реие-ния; разные модели деформируемого материала. Освоение их для практики проектирования представляет зачастую непреодолимую задачу. Работа .выполнена в соответствии с заданиями 07 и 08 научно-технической программы ГКНТ 072.06, программами РАН "Машиностроение и технол гия" и "Механика", программой "Российские университеты".

Цель работы - разработка теории нестационарных процессов дефор 1ирования заготовки и инструмента при электроимпульсной штамповке тонкостенных деталей, и на ее базе научно-обоснованных методов проектирования, оСеспечиваюжих решение крупной народнохозяйственной проблемы, состоящей в снижении энергоемкости технологических процессов, в повышении стойкости инструмента и технологического оборудования, в улучшении качества изделий и культуры труда штамповочного производства.

2

Методы исследования.Поставленная цель достигнута путей использования уравнений движения сплошной среды, теории упруг. гопластического течения, допущения теории оболочек и стержне*., численного решения полученной системы уравнений в частных производных методом конечных разностей, экспериментальных методов определения силовых и кинематических параметров в процессе деформирования. 4

Автор закидает;

- основные положения теории электроимпульсной штамповки, включающей модели упроговязкопластического деформирования и разрушения заготовок в условиях объемного и плоского напряженного состояния и технологической оснастки, созданные на базе варианта метода конечных разностей на треугольных сетках;

- теоретические зависимости для расчета силовых и кинематических параметров разделительных, формоизменяющих и сборочных операция электрошпульсной жтамповки;

- результаты теоретических и экспериментальных исследований процессов сборки соединений обжимом в кольцевые и продольные канавки, на оправки с кольцевыми рифлениями, запрессовки, калибровки и резки труб, формообразование кольцевых гофров на трубах и концов труб, несимметричных коробчатых деталей, условий работы индукторов для магнитно-импульсной штамповки трубчатых деталей;

- методики прочностного расчета индукторов для магнитно-импульсной обработки и неразъемных соединений, изготовленных электрошпульсной штамповкой;

- алгоритм и методы проектирования технологических процессов электроимпульсной штамповки;

- результаты внедрения технологических процессов электроимпульсной штамповки, конструкций неразъемных трубчатых соединений в производство, разработанных методов - в практику проектирования и учебный процесс.

Научную новизну составляют следуюиие результаты: '-' разработана теория процессов импульсного дефорнировани^ заготовок и технологической оснастки, учитывающая их нестационарный характер; на ее базе созданы научно-обоснованные методы проектирования технологических ггроцессов сборки трубчатых

3

узлов и штамповки тонкостенных деталей путей разделительных, формоизменяющих операцга, калибровки и запрессовки с применением магнитно-импульсного и электрогидравлического оборудования;

- проведен анализ механизма деформировш^я и разрушения заго-товс.., формирования качества изделия, получены зависимости силовых и кинематических параметров при выполнении сборочных, формоизменяющих и разделительных операций электроимпульсной штамповки;

-разр^бот- лы математические модели деформирования индукторов для магнитно-импульсной штамповки трубчатых деталей и выполнен анализ механизма их разрушения;

-созданы методики про' 'остного расчета неразъемных соединения, изготавливаемых электроимпульсной штамповкой и выполнен анализ влияния конструктивных параметров на их несудую способ-"ость;

- предложен комплексный подход к проектированию процессов электроимпульсной штамповки, вклочаюжий выбор оптимальных параметров технологического процесса, оборудования и инструмента по критерию минимальных затрат на процесс штамповки; алгоритм определения параметров деформируюиего давления по заданным перемеженияы заготовки на основе использования совокупности двух математических моделей различной трудоемкости;-алгоритм оптимального проектирования параметров конструкции неразъемных трубчатых узлов по критерию минимальной энергоемкости технологического процесса их сборки.

Практическую значимость работы составляют следующие результаты:

- создаю з на основе обжей теории математических моделей технологических процессов штамповки и инструмента, автоматизированных методов проектирования технологических процессов сборки неразъемных соединений с канавками и рифлениями, запрессовки и калибровки труб, разделительных и «рорыоиэненяюжих операций листовой жгамповки, что облегчает использование разработанных методов при внедрении в технологическую и конструкторскую практику;

- конструкции трубчатых соединений, обладающие заданными экс-4

плуатационнши показателя!!«. сборку которых осуществляют при минимальных энергозатратах ;

- оптимальные технолопгагскиз резаши атамловки, позволяй»..} изготавливать детали заданных фориы и точности при нкнинальшх энергозатратах, с обеспечением повышенной стоимости технологической оснастки и оборудования и улучшения культуру производства;

- метод-,оси прочностного расчета индукторов для ыапштно-иыпулъсноа цтамловхи трубчитых деталей, позволяйте выбрать материал индуктора ,. обеспечиваюдия требуемую прочность при йахеииальнон коэф$;щкенте полезного действия;

- методики прочностного расчета неразъемных соединении с ка-навкамик рифлениями, внедренное в практику проектирования;

- методика оптимального проектирования соединений с кольцевы-миканавхачи по критерз® ышааодшог' энергоемкости процесса их сборки.

-способ повышения качества неразъемных соединений, изготавливаемых электропилульскоз дтаипозкоа:

-конструкции технологически! и испытательной оснастки, аппро-бирсванные в условиях ошгног^ производства.

Апробация работы. Материалы работы били представлены на следуюних конференциях и семинара'/: r> t.h international

Conference on Forming ICMF'91.Miskolc, 1931; Internatio-

nal Conference "Metal Forning Ргосеэя Simulation in Industry", Baden-Baden. Germany, 1994; XV НаЦИОНЭЛЬНОМ СвМИНЗре ПО ДЩ13-ыйке ыеханических систем.-Болгария, Варна,1990; 2-й Международной научно-технической конференции "Актуальные продлены фундаментальных наук".- Москва, 1994; 5~\, Научно-технической конференции "Электрический разряд в гидкостм и его применение в промышленности".- Николаев, 1992; 3-2 Международной научно-практической конференция "Электрофизические методы и технологии воздействия на структуру и свойства металлических материалов".- Николаев, 1993; Республиканской конференции "Прочность и формоизменения элементов конструкция при воздействии динамических физико-механических поле»",-Киев, 1990; б-з Научно» икопе "Физика импульсных воздействия на конденсирование среды",- Николаев, 1993; Всесоюзном семинаре "Электрофизические методы и технологии воздействия на структуру и свойства метал-

5

лических иагериалов",- Нихолас-ь, 1990; Зсероосм-'скои ^х/чксн семинаре "Проблемы динамики и прочности электро - и эиергома-юн".- С.-Петербург, 1993; 1-й Научноа сколе "Импульсные процессы в механике сплошных сред".- Николаев, 1994; Всесоюзно»,', .совещании "Вопросы теории и практики магнитно-к^ули-но?. обра-бог"ч":-' Самара, 1991; Научно-технической конференции "Сюкко-технологические проблемы материаловедения и машиностроения". Ленинград, 1590; на научных семинарах кафедры iiT-б МГ'ТУ ии. Н.Э.Баумана в 1991,1993,1995г.г. к лаборатории пластического де-юрмиро^акия материалов 'Института проблем иаккловеденкя РАН в 19vlr.

На этапе выбора направления работы большую лоиоць автору оказал к.т.н., доцент С.М.Колесников.

Автор благодарит д.ф.-н.н. Н.М.Бессонова за полезнее обсуждения численных схем.

11убпикацки. По теме диссертации опубликовано 45 печатных работ, в той числе четыре препринта и од;® авторское свидетельство на изобретение.

Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, нести разделов, обпих выводов, списка литературы 370 наименований и приложения, изложена на 253 страницах мааино-лисного текста, содержит 199 рисунков и 16 таблиц. Обаий объем работы 461 страница.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обосновг"а актуальность и сформулирована цель работы, изложена научная новизна, практическая значимость и результаты, выносимые на задмту.

В первом разделе дан обзор методов расчета процессов импульсного формоизменения, разделения и калибровки тонкостенных деталей, сборки неразъемных трубчатых соединений, расчета на прочность технологической оснастки для электроимлульсной лтамповки, изложены основные опубликованные результаты экспериментальных исследований. Больной вклад в развитие теории и технологии импульсной штамповки внесли О.Д.Антоненков, В.К.Бо-рисевич, В.А.Глущенков, .Е.Г.Иванов, С.М.Колесников, А.В.Коло-6

дяэшз, В.Г.Кононенко, В.Д,Кухарь, Б.Я.Мазуровски'». B.C.Мамутов, Р.В.Пихтовников, Е.Л.Попов, Ю.А.Попов. Л.Т.Хименко, В.НЛачин, Б.Л.Щеглов, В.Б.Шаев. С.П.Яковлев и другие.

В .значительной мере метода теоретического анализа базируется на результатах работ г области механики импульсного деформирования отечественных л зарубежных научных ккол, к который принадлежат В.Г.Баженов, Л.С.Вольмир, 'О.Галу.ев, В.Н.Ку-куджанов, Ю.В.Немировскш, Х.А.Рахыатулин, Л.С.Сахаров. Г.В.Степанов, В.М.ФОМИН, ".А.Balmer, P.G.Hodge, tl.Jones, P.PerzFna, Т.H.H.Pian, W.J.Strenge, P.S.Symonds, M.Wllkina, . E.A.Witmer, C.K.Youngdahl И другие.

Проведенными исследованиями установлен ряд закономерностей технологических процессов импульсного деформирования, созданы методики расчета, позволяюгае осуществлять выбор оборудования. Однако в болышнетве случаев, в известных работах априорно принимаются существенные упрощения, касаюаиеся механизма деформирования: поле скоростей плбо поле напряжения заготовки задают стационарным и ¡свазистатичесчим; исключают из рассмотрения изгиб либо растяжение заготовки; не учитывают трения между заготовкой и матрицей; пренебрегают волновыми процессами в заготовки и инструменте, их совместным перенецением, возможностями размыкания контакта и повторных соударений, вторичными пластическими деформациями при динамическом контактном взаимодействии; не принимают во внимание деформации изгиба и кручения спиралей индуктсрсо. В литературе отсутствуют научно-обоснованные методики расчета на прочность различных типов соединении, .изготавливаемых электроимпульсной штамповкой. Не известии 'методики, позволяющее спрогнозировать качество деталей при выполнении разделительных операций и связывать его с технологическими параметрами динамического деформирования. Ряд технологических процессов, таких как сборка соединений путем обжима трубы на оправку с рифлениями, в литературе не рассмотрен. Вышеуказанное не позволяет на стадии прректирования выбрать оптимальные условия протекания технологических процессов штамповки и создавать технологические конструкции неразъемных соединении.

Задачи работы

I. Разработать теорию процессов электроимпульсной штамповки

?

тонкостенных детален путец создан:«! на едгкой методологической баге следувздос матеиат1"ческпх кеделеа.

1.1. Деформирования и разрушения заготовок в контакте с жесткой дероховатой матрицей в условиях объемного капчяг:ешюго состояния длл плоской и осеслмиетричной деформации.

1.2. Радиального деформирования заготовок в условиях объемного напряженного состояния с учетом контактного изаииояесстыт заготовки с похотливой матрицей.

1.3. Сорыообр^овэнкя нескинегричнцх, вытянуты;: в плане и осесичмет.-лчных тонкостешшх деталей в условиях плоского напряженного состояния.

1.4. Еефрыироьавке шашищшосзюи опирали гашуктора под дэвс-твиеи сип, возншсаэнях : импульсной электрическом разряде.

2. На основе физического к математического моделирования провести анализ сборочных, <юриоизменя»зих и разделительных операция эьехтроинпульсноя ктампожки л условна работа шщуктороз.

3. Создать методики прогнозирования качества стампуемых изделий . )

4. Разработать методы проектирования технологически процессов электроимпульсной штамповки.

5. Внедрять технологические процессы электроимпульсной птам-повки б производство, метода их проектирования - в конструкторскую практику и учебный процесс.

Во ьт<гг>з разделе «зпокеш • обдав принципы построении натецатическйх моделей технологических процессов и условий работы оснастки в разрабатываемой теории электроимпульсной итакяовкй. Структурная" схека алгоритма создания математических моделей показана на рис. I. Дга выбранной ортогональной схемы координат и с-орыы ячейки лагракжевой сетни проводили интегрирование ураьксккя двкхезая сплмаюа среда по объему, окружавшему уз. л лагрезкевои сетки. Полученный интеграл по объему преобразуем и поверхностный с использованием формулы Гаусса-Остроградского. Вводя допущения о характере деформирования рассматриваемого объекта, получали уравнения движения узлов разностной сетки и при использовании гипотез теории оболочек и стержней уравнения вракекия нормалей к срединной поверхности и сечении стержня. -Их дополняли соотношениями теории улруголлас-

тического течеюк, энергетическим условием пластичности, упру-у •

Уравнение движения с плоеной среды »¿V т^р-^

[Выбор

типа ячейки!

Интегрирование по объему ¡ШУ Та (¡У v = / ^ "v v

Переход от объемного интеграла к поверхностнсу по фэрнуле Гаусса - Оотроградского

Реология материала

а<е,с)

Уравнения теории упруго-пластического течения

Введение допущения о характере деформирования заготовки или инструмента

I- осесимметричное 2

плоское деформированное состояние

3

плоское напряженное состояние и линейное поле скоростей по тодиине

4- гипотеза плоских сечений

Ф

I

Щ]

осесим- плос- радкз-метрич- кое льное кое и [_ ' деформирование в условиях объемного напряженного состояния_

I

кеснм- |осееим-нетри- ¡мегрич-чное Уное деформирование в условиях плоского напряженного _ _состояния

прост-

ранст-

венный

стер-

жень

4 Граничные и начальные условия

Рис.1 Структурная схена алгоритма создания математических моделей импульсного дефорыироваиия г'уотовок и инструмента

говязкопластической моделью материала, угитывасЕза изотропное упрочнение материала з зависзмости от степени и скорости деформации, граничными и начальными условиями.

На основе обзего алгоритма разработаны математические модели осесюшетричного деформирования, плоской деформации и радиального течения в условиях объемного напрятанного состояния. При этом использованы основные положения метода М.Уилкинса. В дополнение к нгму была в значительной степени устранена некон-сервагивность Разностной схемы го радиальной координате для осес«мыетричных задач. Для них уравнение движения сплошной среды представим в иледуюжеы виде:

<»г + Ог ~ 9Г 0Ъ ' (1)

*<«г Г) я Л,"

—г— + -г?--рг охГ'

^где г - ось вращения; г - радиальная координата! <,г-е,г-<,в'тгг-составляювде тензора напряжений: и.у - проекции скорости"точек заготовки в направлении осей 2 и г ; р - плотность материала заготовки. Составляюте тензора напряжений представляли в виде суммы соответствующих компонент девиатора и жарового тек^ора

а =з ; о =з +<з ; " . (2)

г г о г г о « « о

Закон Гука записывали в форме производных по времени где •

о : +в_+а 1: е = АГе че^+е 1:

о 31г в о в

и - коэффициент Пуассона; точками обозначено дифференцирование по времени.

Знепгетическое условие пластичности использовали в девиа-торноа ф>рые

• Зг + 4 + 2Гг»= I А •

где «а-<зв(е ,е) - текуиее значение сопротивления деформированию. Выражения скоростей деформации через скорости точек ааго-товки выглядят следую©« образом-.

• у „„--г- + з— : е.=-5- - (е +е„). (5)

-г'оГ- г' вГ' ггг'*г т ЪГ ' 'б" У ""г г 10

г

где у/у - скорость изменения объема. Она равна дивергенции вектора скорости точек заготовки. Последнюю можно по определению представить в виде

^(и П + V п_)

г г

-Х-=11п> П-„- сЗП .

где Р - замкнутая поверхность, охватив;, дая объен V; пг,пг-косинусы между нормалью к поверхности а и осями я и г . .

При построении разностной схемы ис::уст'венние вязкости, используемые для гаЕеиия осцилляция, было предложи - заменить итерационной процедурой, улучшающей баланс энер1ии в системе. Четырехугольная сетка была заменена треугольной, что позволило устранить нефизические искажения лагранжевой сетки типа "песочное часы", возникающие при наличии сдвиговых деформаций. Описан способ построения треугольной сетки разбиением четырехугольной двумя семействами диагоналей и формирования контуров интегрирования. Составляющие тензора напряжений считали постоянными для рассматриваемой треугольной ячейки в пределах одного временного шага, не превыг~.юсего времени пробега упругой волны по ышгешлъному размеру ячейки. Составляющие тензора скоростей деформаций вычисляли через значения скоростей в узлах треугольной сетки, используя формулы "естественной" аппроксимации производных в виде:

« иг3-г2, - ^д-^иг^)

2 =123

(?)

¿»г. 2 51гз

где 5площадь рассматриваемой треугольной ячейки. Вместо Функции f подставляли соответствуйте проекции векторе скорости.

Кратко рассмотрены имеюаиеся з литературе подходы и моделирования процесса разруиения деформируемого объекта при его импульсном нагружеиии. В качестве критерия разрушения исполь' зован критерий В.Л.Колмогорова в. сочетании с силовым критерием. Таким образом учтена юзиожностъ разруиения заготовки при

II

исчерпании ресурса пластичности и при возникновении откола. . Процесс разрукения ячейки для осесимметричного и плоского деформирования моделировали, перехогя к главный напряжениям полагая равным нулю максимальное главное напряжение а3 если оно было растягиваюаим. Другие главные напряжения корректировали г уче.ом изменения объемной деформации при снятии с,. В дальнейшем учитывали возможность поворота тредичы и ее закрытия. Если в момент разрушения'максимальное главное напряжение было сжи-мащим, использовали модель "песка", полагая составляющие де-виат-ра ^пряжений равными нулю, а иарозой тензор отличным от нуля только при всестороннем скатки.

. Контактное взаимодействие заготовки с матрицей при плос- -ком и осесимиетричном „сформировании моделировали, полагая матрицу абсолютно жесткой и иероховатой. Ее профиль аппроксимировали ломаной линией. Для каждого поверхностного узла заготовки, обращенного к поверхности матрицы проводили проверку условия его пересечения контура матрицы. Если это условие выполнялось. то скорость этого узда корректировали, полагая равной ну.;!» ее нормальную к поверхности матрицы состапляюзуи. Силу трения узла заготовки о матрицу вычисляли по закону Кулона через нормальную составляющую суммы сил, действуювдх на узел. Ее направление было противоположно скорости узла. Силу трения ограничивали максимальным касательным напряжением, определяемым с учетом упрочнения материала в прилежацих к узлу треугольных ячпках. Учтена возможность дерехога узла с одного отрезка профиля матрицы на другой в течение одного временного нага. Предусмотрена возможность подвижности матрицы как одно-массовой системы. Для этого нормальные составлявшие узловых сил и силы трения суммировали с учетом -да'направлений го всем узлам, находящимся в контакте с матрицей.

Для радиального деформирования заготовки разработана модель ее контактного взаимодействия с податлив ч упруголласти-ческой матрицей. При нарушении условия непроникания поверхностные узлы заготовки и матрицы, обраценкые друг к другу, полагали совпадающими и рассматривали их движение под действием сил, действую®« в прилежании к ним ячейках. -Когда под действием внутренних сил происходило размыкание контакта, условие совместного движения заменяли на условие свободной поверхности.

12

На основе общего алгоритма (см.рис.1) разработаны математические модели несимметричного. осесимметричного, плоского и радиального деформирования в условиях плоского напряженного состояния. Приняты гипотезы теории оболочек С.П.Тиможенко. В соответствии с ними поле скоростей по толжине заготовки считали линейным. Подставив его в уравнение движения сплошюи среды получили уравнения движения узлов срединной поверхности и вра-дения нормалей к ней. Лриянягое поле скоростей позволило не рассматривать движение узлов заготовки по ее толжине. ограничившись учетом неоднородности деформаций и упрочнения материала в этой направлении. В локальной системе, координат, связанной со срединной поверхностью заготовки и нормалью к ней, напряженное состояние считали плоским, пренебрегая нормальным напряжением в уравнениях сзязи напряжений со скоростями деформации и энергетической условии пластичности. В уравнениях движения узлов его учитывали в виде поверхностной нагрузки. Компоненты тензора напряжения и скоростей деформаций находили в локальной системе координат каждой ячейки. Скорости узлов вычис-. ляли в глобальной неподвижной системе координат с учетом матриц« направляющи косинусов углов между локальными координатами и глобальными.

Для несимметричного деформирования срединную поверхность заготовки разбивали на треугольные ячейки, разделив весь объем на треугольные лризмы. В результате интегрирования напряжений по толжине заготовки получага', две нормальные силы, две поперечные и одну сдвигающую силы, два изгибаюжих и один крутящий моменты. При этом уравнения движения теории оболочек нз использовали. Рассматриваемая задача является квазитрехмеркой. т.к. скорости материальных частиц имеют три проекции, но разбиение осудествляли только по срединной поверхности. В целом методика численного решения аналогична таковой при рассмотрении плоского и осесимметричного деформирования в условиях объемного напряженного состояния с тем отличием, что в рассматриваемой задаче учтена ориентация треугольных ячеек в пространстве.

Для анализа формообразования несимметричных деталей разработана модель контактного взаимодействуя с пространственным рельефом жесткой шероховатой матрицы. Рабочую поверхность матрицы аппроксимировали совокупностью плоских треугольников. При

13

расчете анализировали положение каждого у ла срединной поверхности заготовки и выясняли не пересек ли он поверхность.матрицы. Для этого определяли возможность пересечения, узлом плоскости, в которой находится каждый из треугольников поверхности матрицы. Если такое пересечение имело мисто, то с использование.- свойств векторных и скалярных произведений выясняли находится ли узел внутри треугольника либо снаружи. В первой случае производила корректировку положения узпа и его вектора скорости, исключая нормальную к поверхности матрицы составляющую.' В щ :ом методика аналогична рассмотренной выые для двумерных задач.

.При анализе осесюшетричного и плоского деформирования в условиях двухосного над тженного состояния отличие состоит в том, что разбивается не срединная поверхность, а ег. образующая и треугольные ячейки вырождаются в отрезки. При этом исчезает один изгибаюция и крутяиий моменты, одна поперечная и сдвигающая силы.

Рассмотрена возможность перехода от моментной модели оболочки, учитывающей неоднородность напряжений и деформаций по толщине заготовки, к безиоыентноа, полагающей их однородными в этом направлении. Последняя является существенно менее трудо- . емкой с точки зрения вычислительных затрат, т.к. не требует расчета напряжений и деформация по толдине и последующего интегрирования для вычисления сил и моментов. Она более устойчива при численном решении задачи и допускаем более крупные лап» интегрирования по времени. Предложено для оценки вклада мембранных и моментных составляющих использовать энергетические характеристики. С этих позиция безмоменгныы предложено считать такое напряженное состояние, когда модность диссипации энергии за счет изгибающих моментов значительно мение таковой за счет ( мембранш к сил. За показатель напряженного состояния предложено принять отношение мощности мембранных сил к полной нощости упругопластической деформации. В результате численных исследований получено, что переход к безмонентному состоянию происходит при меньших перемещениях с уменьшением отношений радиуса заготовки и ее толщины к длине деформируемой зоны.

На базе общего алгоритма (сн.рис.1) разработана математическая модель упругого деформирования цилиндрической спирали многовиткового индуктора прямоугольного сечения. Поле скорос-

тей по сечении стержня задано соответствуешь! гипотезе плоских сечений. Уравнения движения узлов средней линии спирали индук-'f тора и вращения его сечений получены из уравнения сплоешой среды введением указанного поля скоростей, интегрированием по объему и использованием формулы Гаусса-Осгроградского. Уравнения дзижекия из теории стержней при этом не были использованы. Компоненты тензора напряжений и скоростей деформаций находили в локальной системе координат, связанной с направлением средней линии и главных нормалей к ней в каждой ячейке стержня. При этом среднюю линию аппроксимировали совокупностью прямолинейных отрезков. Скорости движения ее узлов и вращения сечений стержня вычисляли в глобальной неподвижной системе координат, используя матрицу направляющи косинусов. По сравнению с непосредственной разностной аппроксимацией уравнений движения теории оболочек и стержней изложенный подход 1 позволяет изба- > виться от необходимости вовлечения соседних ячеек для аппрок-снмацни входяпих в уравнения кривизн и использования законтур-- них узлов для описания граничных условий. Для схемы несимметричного деформироъания заготовки он позволяет также решить задачу в рамках теории ортогональных тензоров, не привлекая весьма сложный математический аппарат обжей теории тензоров.

В третьем разделе изложены методы измерений, 'описано оборудование и осюстка при проведении экспериментальных исследований .

Экспериментальные исследования были выполнены на магнитно-импульсных установках (МИУ) "Импульс-А", МИУ 15-150, МИУ 30-100, выпускаемых отечественной промышленностью, МИУ 5-150, МИУ 10-100, изготовленных при участии автора в лаборатории кафедры МТ-6 МГТУ им.Баумана и МИУ-2, изготовленной сотрудниками. НПО "Машиностроитель".

Для измерения давления магнитного поля на заготовку использовали индукционный датчик, который поменали в спецкально изготовленной изоляционной втулке в зазоре между индуктором и заготовкой. Тарировку датчика проводили посредством отдельных экспериментов по раздаче колец, записывая их перемещение по времени. Запись осукествляли по перекрытию кольцом пучка света, направляемого от источника к' фотоэлектронному умножителю. В известную методику измерений были внесены усовершенствова-

15

ния. позволившие повысить верхнюю граюгиую частоту измерительной системы. Обработку результатов осуиествляли на фазе разгона, где сопротивление кольца пластическому деформированию, определяемое из статической зависимости, умноженной на коэффициент динамичности, мало по сравнению с его инерционным сопг чтивлением.

Изложена методика определения эффективной площади индукционного датчика. Представлены результаты экспериментов и их статическая обработка.

С использованием указанного оптического стенда проведены эксперименты по раздаче колец импульсным магнитным полем из весьма чувствительных к скорости деформации отожженного алюминия АОМ и отожженной мег' М1. Показано сравнение результатов расчета зависимости перемеаения стенки кольца от времени с использованием упруговязкопластической модели с данными экспериментов. Расхождения результатов расчета и экспериментальных данных в основном не превышали 15%.

При проведении этой серии экспериментов использовали точеный ,_щуктор из меди, имеющий 10 витков. При выполнении экспериментальных исследований по схеме "обжим" применяли четы-рехвитковыи индуктор из латуни Л62, медный индуктор (3,5 витка) , трехвитковые индукторы с бандажом, изготовленные навивкой медной шины на токарном станке, индукторы из стали ЗОХГСА, имеющие 3,5 и 5 витков, одновитковые индукторы из латуни Л62 и стали ЗОХГСА.

Конечное формоизменение образцов изучали по форме образующей после обжима края и средней части трубы и радиальным сечения» после разделения т^уб и обжима на оправки с рифлениями.

Представлены результаты статических испытаний и их сравнение с литературными данными для материалов трубчатых и кольцевых образцов, использованных в дальнейшем при экспериментальном ис;ледовании. ,

В четвертом разделе изложено обсуждение результатов математического и физического моделирования процессов электроиы-пульсной штамповки. Основное внимание уделено анализу операции по схеме "обжим". С одной сторону, для этой схемы процессы электро/шпульсной штамповки имеют более суяественные преимущества ло сравнению с традиционными процессами штамповки на 16 .''■■.'•''"•• "...

прессах. С другой стороны, при их анализе в предшествуют« ра ботах прилипали квазистатический механизм деформирования.

Наиболее распространены технологические операции изготовления кольцевых гофров на трубг-: и обечайках, конических поверхностей путем обхима концов труб. Указанные процессы применяют также при выполнении операции сборки неразъемных трубчатые узлов.

Представлены результаты расчета и экспериментальна данные по электромагнитному обжиму средней части трубчатых заготовок из меди М1. Использованы математические модели осесим-ыетричного деформирования в условиях объемного наряженного состояния с упруговязкопластическоя модель» материала и в условиях плоского напряженного состояния с деформационным упрочнением. В последнем случае скоростной эффект деформации учтен коэффициентом динамичности. Показано, что первая модель лучше соответствует экспериментальным данным. Однако она более трудоемка с точки зрения вычислительных затрат. Вторая модель дает отклонения результатов от экспериментальных данных в основ-нон не превыиодие 15%. При згом для меньпих переметами она предсказывает преимущественно заниженные результаты для зависимости максимального конечного перемещения »к от амплитуды деформирующего давления р0, а три больших перемещениях - завиденный результат. По мнению автора это является следствием упрошенного учета скоростного эффекта деформации.

Показано, что конечные перемещения заготовки возрастают с увеличением длины деформируемой зоны и уыеньиениеы ее толщины. Представленно сравнение результатов расчета и экспериментальных данных по форме образующей средней части грубы посп обжима при различных уровнях Сформирующего давления. для разных толпии и длин деформируемой зоны. Показано также сравнение ре-гультатов расчета с экспериментальными данными В.С .Сердюка, полученными методом скоростной фоторегистрации по форме образующей трубы в процессе деформирования. .

Аналогичные сопоставления были выполнены и для обжа края трубы. Показано, го при одном и том же давлении при такой схеме деформирования заготовка получает большие конечные перемещен. Результаты математического моделирования и данные фоторегистрации обжима края трубы, полученные В.К.Косгриком, показали, что с увеличением амплитуды деформирующего давления ■ 17

в большей мэре проявляется волновой характер процесса формоизменения.

Показаны результата расчета импульсного формоизменения -прямоугольной листовой заготовки с использованием математической модели несимметричного деформирования в условиях плоского напряженного состояния. Показано сравнение их результатов с данными экспериментов для листов из алюминиевого сплава 6061-Tl и горячекатанной малоуглеродистой стали, которые получили

N.jones, т.О.Uran, S.A.Takln. ПО МаКСИМаЛЬНОМУ КОНвЧНОЫУ Перв-

ыехени» и форме заготовки в различных ее сечениях. Расхождения не прериали 15%.

Выполнены расчеты импульсного формоизменения закемленной по краям полосы с использованием математической модели плоской деформации в условиях двухосного напряженного состояния. Представлено сравнение с данными экспериментов, ко-*>рые опубликовали s.в.Menkes, H.j.Opat, по максимальному конечному перемещению в зависимости от амплитуды импульсной нагрузки.

На осксв численного ыояел>\ звания с использованием модели- осесшметричного деформирования в условиях объемного напряженного состояния и результатов эксперимента на трубчатых образцах из алюминиевого сплава Д1СТ и меда MI проведен анализ процесса рез. ,1 труб электромагнитный оба- .ном на оправки с острыми кромками. Использованы также экспериыенгальные данные Н.Б.Гребенхина по электрогинравлической вырезке круглых плоских деталей из листа, а также данные В.Н.Чачина и А.Л.Скрилни-ченко по .„агнитно-шпульсной пробивке круглых отверстий в листе. Сопоставление результатов показало их приемлемое соответствие по форме поверхности разделения, силовым параметрам процесса и перемещению деформируемого участка заготовки, соответствующего моменту разделения. Приведенные теоретические и экспериментальные исследования влияния формы кромки на вид поверхности р; шелены выявили, что по мере притупления режужей кромки увеличивается требуемо-1 для разделения заготовки деформирующее давление, растет перемещение деформируемого участка заготовки, соответствующее моменту разделения, заусенец и утя-хина с фланцевой части заготовки.

Анализ механизма разделения показал наличие двух очагов разрушения: первый находится на свободной поверхности заготовки, где имеют место максимальные деформации от совместного 18

действия изгиба и растяжения: второй расположен вблизи режущей кромки оснастки. При условиях проведения эксперимента по разделении труб доминировал первый очаг разрушения. Определяющее влияние второго очага возможно при значительном увеличении амплитуды деформируюиего давления. Об этом свидетельствуют эксперименты, которые ПОЛУЧИЛИ З.В.Мепкез И н. а. Op.it. при импульс-но:1 деформировании полос.

С использованием этой же математической модели рас чотре-. ш процессы обжима труб на оправки с кольцевыми рифлениями. Проведены экспериментальные исследования связи силовых параметров с конечным формоизменением, трубчатых заготовок из меди М1 и алюминиевого сплава Д16Т при обжине на оправки с несколькими рифлениями и кольцевых заготовок из сплавов АМгб и Д16Т при обже на оправки с одним рифлением. В результате анализа установлено, что для оправок с несколькими рифлениями перемещение трубы растет с увеличением шага рифления при прочих равных условиях. Если расстояние между вершинами рифлениз значительно превышает толщину трубы наблюдается значительное искривление на^яной поверхности грубы с периодичность» соответствующей шагу рифления. Если указанный иаг соизмерим с толди-ноя трубы, искажение наружной поверхности практически отсутствует.

При использовании оправок, имеющих одно копьцевое рифление, происходит значительное искажение боковых и наружной поверхности кольцевой заготовки, которое может привести к ее разрушению. Для исключения этой возможности целесообразно выполнение поднутрения.

Выполнен теоретический ан лиз процессов хагибровкя тонкостенных цилиндрических деталей и запрессовки труб. При этой использована математическая модель радиального деформирования г условиях объемного напряженного состояния. Путем численного моделирования и из анализа экспериментальных данных, имеющихся в литературе, установлено, что точность калибруемых деталей повышается с увеличением скорости соударения заготовки с матрицей. Качественные со.динения при запрессовке труб могут быть изготовлены, если начальный зазор в соединении не превышает допустимой величины. Предельный нач льный -азор в соединении возрастает с увеличением длительности импульса деформирующего давления. Вторичные пластические деформации ограничивают воз' ' .19

можности процессов запрессовки и калибровки. Они могут возник нуть при прушк. ли заготовки от матрицы при отсутствии деформирующего давлениря и при их совместной разгрузке.

Определено напряженно-деформированное состояние матрицы в процессе контактного взаимодействия с заготовкой..

Выполнен анализ качества соединений, изготавливаемых электроимпульснои штаыповкоа. Разработаны методики расчета несущей способности соединений с канавками и рифлениями. Анализ результатов расчета и проведенных экспериментов показал, что несукая способность соединении с кольцевыми канавками на растяжение увеличивается с ростом топтаны заготовки, глубины заполнения канавки и уменьшением ее длины. Показана возможность получения одноканавочного соединения, обладающего несущей способностью, превышакией прочность трубы.

Получено, что при работе на сжимающую нагрузку с увеличением глубины канавки прочность соединения вначале возрастает, а затем уменьшается. Это обусловлено двойственным механизмом потери несуде! способности соеди^зния: при малых глубинах канавок происходит раздача трубы вдоль ее кромки; при больших потеря устойчивости с образованием кольцевой складки.

Проведены расчеты несужей способности соединения с продольными канаьками. Проведено сравнение ^х результатов с данными экспериментов. Их несущая способность возрастает с увеличением кох чества канавок.

Рассмотрен механизм потери несущей способности соединений с кольцевыми рифлениями при работе на сжимащую нагрузку. Показано. что соединение теряет несудую способность путем раздачи кольца вдоль склонов рифлений и изгиба кольца в меридиональном направлении. '"*..---

В результате проведения лабсаторно-стендовых испытаний -установлено, что соединения, изготовленные электромагнитным -обжимом трубчатых и кольцевых заготовок на оправки с канавками и рифлениями удовлетворяют те; змеским требованиям к узлам из-телий различного назначения,.работавши на растяжение, сжатие и кручение.

В пятом разделе рассмотрены условия работы индукторов для электромагнитного обжима трубчатых заготовок. Анализ работы одновиткового индуктора, имевдего прямоуго,лыш наружный кон-

20

тур, выполнен с использованием ыатеыатическо.; модели плоской деформации в условиях двухосного напряженного состояния. При расчете к внутренней поверхности индуктора прикладывали радиальное деформирующее давление, . гевдее зависимость от времени в виде затухающей квадратичной синусоиды. Процесс деформирования индуктора на начальном этапе имеет волновой характер: от внутренней поверхности индуктора распространяется волна напряжений. которая отражается от свободной наружной поверяг'сти. Из анализа зп»р напряжений било получено, что опаской зоной является участок на внутренней поверхности индуктора напротив его щели. Это подтверждают экспериментальные результаты ряда авторов, где отмечается что разрушение одновитковых индукторов происходит путем образования радиальных трезш в указанном месте. Весьма высокий уровень напряжений также'имеет место в зоне перехода к выводам индуктора. Скорости точек индуктора на порядок ниже таковых у заготовки. Во время действия импульса деформирукцего давления индуктор получает в основном начальное возмудение, после которого следуют его свободные колебания.

Показано сравнение результатов расчета и г .сспериаенталь-1шх данных М.Е.Нихамкина по собственным частота!! колебаний од-новйткобых индукторов с круглым наружным контуром.из стали ао, имеюиих различные соотношения наружного и знугреннего его диаметров .

При анализе деформирования многовктнсвых индукторов использовали математическую модель пространственного стержня. Постановочные эксперименты и результаты лретжствугата работ показали, что на механизм работы 'многовиткового индукто;:. весьма важное влияние оказывав. осевые пондериноторные силы, вознихахше вследствие взаимодействия параллельных токов в витках индуктора. Экспериментальное исследование динамики индуктора в этом направлении затруднительно вследствие наличия межвитковой изоляции. Поэтому исследование динамики спирали индуктора проводили с использованием в качестве межвитковой изоляции воздушного зазора. При этсн использовали точеную спираль из алюминиевого сплава АЛ4М, которуюкрепили к токоподво-дам МИУ "Импульс-А" и помешали внутрь нее медную трубу.Перемещение точек спирали индуктора реггтрирсали с помокью оптического стенда для записи перенесений на основе «ЗУ. При математическом моделировании распределенную осевую нагрузку от

21

пондеромотсчных сил прикладывали к криволинейному стержню в виде поперечной нагрузки и крутящего момента, вс никаюжего • вследствие экодентрисситета скин-слоя относительно средней линии стержня. Радиальную нагрузку прикладывали к • обрасенной внутрь индуктора поверхности стержня. Граничные условия для кондов спирали задавали в соответствии с конструктивным исполнением токошдводов: жесткое закрепление, нежесткое закрепление с развитыми последними витками, гокоподвод в виде консольного стержня.- Показано сравнение результатов расчета и данных экспериментов зависимостей радиального и осевого перемещений различи/ точек пятйеиткового ин/ /ктора 01 времени при фиксированном уровне энергии заряда МИУ. Выполнено сопоставление для зависимостей максимального осевого и -радиального перемещения от величины запасаемой энергии.

На основании результатов расчета и данных экспериментов проанализирован механизм разрушения многовитковых цилиндрических индукторов с изолированными спиралями. Показано, что на стадии протека*™ разряда под де! ;твиеи осевых 'сил витки приобретают угловую скорость и выворачиваются, в результате чего происходит разруиею.. межвитковоя изоляции и ее электрический пробой. Вышесказанное подтвердили экспериментальные данные, полученные ¡.л отожженных медных с пирах >х с прямоугольным сплоишн и полым сечением с консольно закреплю.лыми.токолодво-дами. В указанном эксперименте спираль получила пластические деформации. При этом угол поворота был самым большим у крайних витков и практически отсутствовал у среднего витка.

В пестом разделе изложены рекомендации по проектированию технологических процессов электроимпульсной штамповки. Общий & .горитм проектирования включает анализ технологического процесса штамповки, оценку качества получаемого изделия, выбор технологи .еского оборудования и анализ условия работы инструмента. При этом используются '^тематические модели разработанной теории электроимпульсной птамповки. В результате анализа исключаются неприемлемые варианты, в которых не обеспечено должное качество изделия, процесс не реализуем на данном оборудовании, нагрузки на инструмент слишком велики. После этого _прсиаьохктся выбор наилучшего варианта из числа приемлемых. В качестве критерия для него целесообразно использовать кгашум

материальным: затрат по аммортизации оборудования, инструмента и стоимости электроэнергии.

При расчете технологических процессов одним из важных этапов является определение анл-лтуды деформирующего давления р0, при которой изделие удовлетворяет техническим требованиям. В делом ряде случаев, таких как формообразование тонкостешшх деталей, сборка неразъемных соединений путем заполнения кольцевых и продольных канавок и рифлений, эта проблема сводится к определению р , обеспечивающему заданные конечные перемещения заготовок. Такая задача является обратной по отношению к традиционной, задаче нахождения перемещений конструкций под действием заданной нагрузки.

Для решения этой задачи предложено использовать кроме весьма трудоемких численных рещений более простые приближенные жесткопластические решения. Их применяли для определение первых приближений и производных амплитуды деформирующей нагрузки , по конечному перенесении. Показано сравнение результатов расчета для задач обжина края и средней части грубы. Представлен алгоритм рень<1ия обратной задачи.

Создана методика оптимального проектирования конструкции соединения с кольцевыми канавками, обеспечивающая его заданную несущую способность при минимальной энергоемкости технологи-, ческого процесса сборки с учетом ограничений на длину соединения. Задача решена путем использования результатов, анализа технологического процесса сборки и несущей способности с применением метода поисковой оптимизации покоординатного спуска.

Представлены примеры расчета режимов технологических операция электроимпульсной штампе.¡ки и результаты их экс ?римен-тального опробования, полазавшие достоверность выполненных расчетов.

Предложен способ ловыяения несущей способности неразъемных Соединений путем предварительной налрессовки труб на оправки.

Результаты работы в виде методик проектирования технологических процессов сборки неразеемвдх соединений обжимом в ка-навхи и на рифления, запрессовки труб, формообразования и калибровки тонкостенных деталей внед сны Н' предприятиях НПО "Малиностроитель" г.Москва и ИИПТ г.Николаев. Использование

разработанных методик позволило повысить несущую способность ■ 23

соединениг (более чем г. 4 раза), уменышть энергоемкость технологических процессов (более чем в раза), ув личить стойкость индукторов, устранить необходимость повторной операции запрессовки. В виде опытных технологических процессов сборки узлов боеприпасов, герметичных изделии, теплообменных аппаратов они использованы на предприятиях НПО "Маииностроитель", ГНИТИ, НПО "Маппроект", в виде опытных партий рулевых тяг и карданных валов на ПО "Автоваз", узлов альпинистского снаряжения - ка ПО "Корвет", валков угледобывав^да малин - на Крас-нолучскоы механическом заводе, катуиек КО-1 прядильного производств^ - ка Энгельсском ПО "Хиыиолокно". Ото дало возможность повысить эксплуатационные характеристик!, названных изделий и снизить трудоемкость их изготовления, что подтверждено соответствуют™ актами внедрения.

Отдельные результаты работы использованы агтором при чтении лекционных курсов ^Технология конструкционных материалов" и "Технология изготовления и ремонта лесных майин" в Лесотехнической акад'чии (г.С.-Петербу! -) и при курсовом и дипломном проектировании в учебный процесс кафедры МТ-б МГТУ им.Н.Э.Баумана.

ОБЩЕ выводы ■

I. В диссертационной работе выполнено теоретическое обобщение с использованием уравнений движения сплошной среды формулы Гаусса-Остроградского, уравнений теории упругопласгического течения, модели изотропного' упруговязкопластического материала упрочнявшегося в зависимости от скорости и степени деформации, доцужений об осесимметричном либо плоском деформировании, гипотез теории оболочек и стержней и разработана теория процесса электрою,тульской втамловки, позволяюиая описать нестационарный механизм деформирования заготовок и технологической оснастки, г .лючаюная следлэпше математические модели:.

- осесинметричного и плоской*, упруголластического деформирования в условиях объемного напряженного состояния с учетом нестационарного контактного взаимодействия заготовки с .жесткой иериховатои матрицей;

- разруинкмя, заготовки на основе комбинированного использования критерия В.Л.Колмогорова и силового критерия, путем корректировки компонентов тензора напряжений в разрушенной ячейке

- ншшиетг.ртого; есэсимиетричного, плоскою и радиального упругопластического деформирования заготовок в условиях плоского напряженного состояния с использованием гипотез моменгной теории оболочек С.П.Тимощенко;

- контактного взаимодействия тонкостенной заготовки с пространствен! дгн рельефом жесткой пероховатой матрицы;

- "адоального деформирования заготовки в условиях объемного капрчгдтоюго состояния с учетом ее нестацтонарного конт: ктного вааннолеРстзич с деформируемой упругопластическоя матрицей, прнтшаю-гая во вникание совместное движение заготовки1;! матрицы, волновые процессы в них, возможности размыкания контакта, повторник соударений и возникновения вторичных пластических деформаций;

- дефорш'ролажя спирали многовиткового цилиндрического индуктора дт-'я мйггштно-инпульсной итамповки трубчатых детале? с ис-пользоваг»-?н гипотезы плоских сечении.

2, Пропегт-тю. анализ результатов математического и Физического поделкрорания и показал, что катзмагхчемюе водели адекватно огп'с;лс.ог .'¡вханизм динамического дб^ормкрозогьг! заготовок в сборочшх. разделительных и формоизмешюдах операциях электротягу льено л эташовки.

/лшяз иеханизма разделе.ия, внполнемшй на основе результатов численного моделирования и экспериментальных данных выявил тал:гае двух очагов разрукення: первый находится на свободной поверхности заготозки, где имеют место максимальные деформации от совместного действия изгиба и растяжения: второй расположен вблизи режущей кромки оснастки. По мере пригуплелия регуией кромки увеличивается т ебуемое для разделения .' чготов-ки деформирувщее давление, растет перемещение деформируемого участка заготовки, соответствующее моменту разделегата, заусе-кзц и утязшна с фланцевой части заготовки.'

Анализ обжима трубы на оправке с несколькими рифлениями показал, что перемещение трубы растет с увеличением кага рифления при прочих равных условиях. Если расстояние мечту вершками рифлений значительно превышает толщину трубы, го )<ожно наблюдать '

значительное искризление ее наружно*' пове~чности с периодичностью соответствующей1 лагу рифления. Для рифлений, имекших иаг, соизмеримый с толщиной трубы, искажение наружной поверх-

ности практически отсутствует. При обжиме кольцевых заготовок на оправке с ог..:им рифлением происходит искажение. кольца по наружной и боковым поверхностям. Лля его устранения целесообразно использование поднутрения.

Установлено, что перемеценхе заготовки возрастает с увеличением длины канавки и уменьшением ее толщины при обжиме труб на справке с кольцевыми канавками.

Показано, что повышение точности калибруемых деталей происходит с увеличением скорости соударения заготовки с матрицей лта отсутствии вторичных пластических деформаций. Качественные соединения при запрессовке труб могут быть изготовлены. если начальный зазор в соединении не превышает допустимой величины. Предельно допустимый начальный зазор в соединении возрастает с увеличением длительности инпул. ;а деформирующего давления.

Анализ результатов численного .моделирования и данных экспериментов показал, что при деформации цилиндрических индукторов для ожина доминирующими являются осевые перемещения и повороты сечений. Разрунение этих индукторов происходит в результате выворота витков.

Установлено, что опасное сечение одновмтковых индукторов расположено на внутренней поверхности напротив кели между витками токоподзодов.

3.Созданы .¿етодики прогнозирования качества ктампуемых изделий, включаюже расчет несущей способности соединений с канавками и рифлениями, герметичности соединений при запрессовке труб, точности осесккметричных деталей, нарушения сплошости заготовок в процессе итамповки.

Установлено увеличение несуцей способности соединений с кольцевыми канавками на растяжен з с ростом толщины заготовки, глубины заполнения канавки и уменьшением ее длины: с увеличением глубины канавки прочность соединений на сжатие вначале возрастает, а затем проио. лшт ее уменьшение, что обусловлено двойственным механизмом потери несуиев способности соединения: при малых глубинах канавок происходит раздача трубы вдоль ее хромки, при больших - потеря устойчивости с образованием кольцевой складки.

4. Разработан обшя алгоритм проектирования технологических процессов злектроимпульсной штамповки изделий, который позво-

26

ля-'эг П!С.;г-'Л> о;п;"г;лыме параметры процесс:, исходя из мини малыюп его энергоемкости i аныортизации инструмента и оборудования .

Путем .чокбинироваююго использования математических моделей да основе метода конечных разностей и приближенных жестко-пластических рененж разработана методика определения требуемого дефор;:нруюцего давления по заданным конечна:.) перенесениям загото

Создала негодна оптимального проектирования конструкции соединения с кольцевыми канавками, обеспечивающая его заданную иесупув способность при минимальной энергоемкое и технологического процесса сборки.

5. На Case сбпего алгоритма проектирования технологических процессов, с использованием математических молелен лроцессоз нтамловки, условий работы инструмента и прогнозирования качества изделий создана методы проектирования технологических процессов электроимпульской итанповки. Их использование обеспечило рациональный выбор параметров технологического оборудования и инструмент . режимов атанпевки, дало возмохиость прогнозировать качество мздехиа на стадии проектирования, что позволило ревкгь крупную народнохозяйственную проблему снижения энергоемкости технологических пределов электроиьшульснои атаипоэки, ловшеиия стойкости инструмента и технологического оборудования, улучшения качества изделия и культуры труда.

6. Результаты работы в виде методик проектирования внедрены, на предприятиях НПО "Маакностроитель" г.Москва и КИЛТ г.Николаев, в виде опытных технологически процессов на предприятиях нго "Машиностроитель", ГШТИ, НПО "Маипроект", в :иде опытных партий изделий на ПО "Автов.. з", ПО "Корвет", Краснолучском механическом заводе, Знгельсском ПО "Химволокно". Разработанные математические модели и программное обеспечение внедрены в учебный процесс МГТУ им.Н.Э.Баумана.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ИЗЛОЖЕНО В СЛЕДУЮЩИХ ПУБЛИКАЦИЯХ

I.Ovehinnikov A.G.. Golovashchenko S.F. Numerical simulation of impulsive metal forains // Meta] Forming Procesa Simulation in Industry:Froc. International Conf.- Baden-Baden, 1994,-P. 147-164.

2.Golovashcnenko S.F.,Oreshenkov A.I.Calculation of the constructive technological parameters o" the ьззетЫу ox indeHtruc-toble nodes // Metal Forming: Proc. 5 th International Conf. ICMF'al.-Miskolc, 1991.- P.205-211.

3.Головакенко С.0.,0реиекков A.M. Математическое моделирование процессов динамического формообразования тонкостенных оболочек // Динамика механических систем:Тр.', xv Национальный семинар. -Варка,1990.-Т.I.-С.187-192.

4.Колесников С.М..Головакенко С.Ф.,Полунин А.Г. Методика оптимального проектирования конструкции и технологического процесса сборки электромагнитным отчимом трубчатых узлов // Кузнечно-штамповочное производство.-1992.-№9-10.-с.20-22.

5.Колесников С.М., Головаизнко С.Ф. Методика расчета динамического давления при динамическом форнсобрэз зании тонкостенных трубчатых заготовок // Кузнечно-штамповочное производство.-I99I.-if8.-C .14-16.

6 .Разработка конструкции и( технологического процесса сборки мапстга-импул. jhkm деформированием- катуиек для прядильного производства /С.Ф.Головакенко .Е.М.Зуева , Б.Н.Иванов, А.Г.Овчиннике., // Кузнечно-ятанповочное производство.-1994.- !?10.-С.24-27.

7 .Анализ работа многовитковых цилиндрических индукторов для мапттно-импульской наштовки/С.М.Колесников , В.А.Морозов, Р.Б.Шутов, З.Ф.Головаценко '/ Кузнечно-штамповочное производство.- 1994.- №10.- С.27-30.

8.Головакенко С.Ф. Математическое моделирование процессов импульсной запрессовки труб /7 Кузнечно-штамповочное производство.- 1994.- Ml.- С.2-4.

9.Головакенко С.Ф.,Полунин А .Г. ,0реие"ков А.И. К вопросу о методике расчета динамического даг ения при деформировании труб в кольцевые канавки // Проблемы прочности.-1991.-U5.-С.74-78.

10.Головакенко С.Ф. Численное моделирование технологических процессов высокоскоростной ш товки // Вестник ИНГУ. Серия ..¡зыиностроение. -1995. -№4. - С. 40-52.

II .Головакенко С.Ф.. Овчинников А.Г. Математическое моделирование процессов к^тульсноя штамповки неосесимметричных тонко-'стенных деталей /7 Вестник МГТУ. Серия Маииностроение.- 1994.-КЧ.-С.32-39.

12.Головакенко С.Ф. Численное моделирование процессов динами-

28

ческой калибровки и запрессовки труб.-С.-Петербург.1992.-44 е.- (Препринт РАН, Ин-т проблем машиноведения;.'¡'69). 13.Головаиенко С.Ф..Колесников С.М..Орешенков А.И. Анализ методов расчетапластического дефо, ¿ирования тонколистовых материалов под действием динамических нагрузок.-Л.,1989.- 40 с.-(Препринт АН СССР, Ленинградский филиал Ин-та машиноведения! №22).

14.Орешенков А.И..Головаиенко С.Ф..Тихонов A.B. Математическое моделирование процессов динамического формообразования тонкостенных деталей из листовых материалов и труб.-Л.,1990.-47 с.-(Препринт'. АН СССР, Ленинградский филиал Ин-та машиноведения; №37).

15.Бессонов Н.М., Головаиенко С.Ф. Численное моделирование формоизменения и разрушения заготовок в процессах импульсной штамповки.-С.-Петербург,1994.-48 с.-(Препринт РАН,Ин-т гроблен машиноведения; №и з).

16.Головаиенко С.Ф. Математическое моделирование процессов динамического дефороыирования труб в канавки с частичным разделением на кромках // Известия вузов. Машнос!доение.-1990.-№3.-С. 109-ИЗ.

17.Колесников С.М., Головаиенко С.Ф. 0 выборе математической нодели при расчете процессов динамического деформирования

// Известия вузов.Машиностроение.-1990.-IP3.-С.94-99.

18.Головаиенко С.Ф. Математическое моделирование контактного взаимодействия, полых цилиндрических заготовок с матрицами при динамическом упругопластическом деформировании // Известия вузов.Машшостроение.-1990 .-МО .-С. II3-II8.

19.Головаиенко С.Ф..Орешенков А.И..Зуева Е.М.Динамиче-чий и квазистаткческий анализ устойчивости трубчатых соединений, получаемых электромагнитным обжимом// Известия вузов.Машиностроение. -1990. -Н5. -С.98-101.

20.Колесников С.М.,Головаиенко С.Ф. Методика расчета осевой несущей способности соединений,изготовленных электромагнитным обжимом трубы на оправку с канавками // Известия вузов.Машиностроение .-1990. -С. 16-20.

21.Колесников С.М..Головаиенко С.Ф. Влияние формы нагрузки на формоизменение заготовки при динамическом нагружении // Известия вузов.Машиностроение.-1987.-N2.-0.119-124.

22.Осипенко Т.С.«Головаиенко С.Ф. Динамическое деформирование

тонколисто: ;х натериалоь. -М,:МВТУ им. Н.Э.Баумана,1987.-50с.

23.Колесников С.4..Полунин А. Г. .Головаженко С.Ф. К вопросу о методике исследования пластического деформирования тонколистовых материалов при динамическом нагружении /МВТУ им.Н.Э.Баумана. -М. .1937. -51с.-Рукопись дел. в ВИНИТИ 5.0Т.87..-И62-Р87.

24.Колесников С.М..Головаженко С.Ф. Влияние изменения размеров цилиндрической оболочки на кинематику динамического деформирования // Тр>уды МВТУ им.Н.Э.Баумана.-1985.-¡¡«441.-С.84-88.

25.Исследование технологических процессов магнитно-импульсной обработки материалов/С.Ф.Головаженко, Р.Б.Шутов, В.П.Ступни- • ков. С..„.Колесников. В.А. Мопозоь // Действие электромагнитных полей на пластичность и прочность материалов: Тез. докл. 3-й Международной конф.- Воронеж, 1994 .-С .87.

26.Головаженко С.Ф., Овчинников А.Г. Анализ технологических процессов магнитно-импульсной штамповки изделий ..з трубчатых заготовок // Состояние и перспективы развития научно-технического потенциала Южно-Уральского региона: Тез. докл. Межгосударствегаой научно-технической конф.-' Магнитогорск, 1994.-С.8-9.

27.Головаженко С.Ф. ,,¿следование сборки трубчатых узлов электроимпульсным пластическим деформированием // Актуальные проблемы фундаментальных наук: Тез. докл. 2-й Международной научно-технической конференции.- М..1994.-0.68.

28.Колесников С.М., Головаженко С.Ф. Исследование процессов пластического формообразования тонкостенных трубчатых заготовок поверхностной динамической нагрузкой // Повышение качества деталей машин пластическим деформированием:Тез. докл. республиканской конф. -Фрунзе,1988.- С.32.

29.Головаженко С.Ф..Ореженков А.И..Гибоидизация математических моделей при решении обратных задг-'. динамического формообразования тонкостенных деталей // Прочность и формоизменение,элементов конструкций при воздействии динамических физико-механических полей: Тез. докл. республиканской конф.- Киев, т990.-С.24-25.

ЗО.Орешенков А.И..Дмитриев В.В..Головаженко С.Ф.Разработка расчетных и экспериментальных моделей для технологических процессов МИОМ // Вопросы теории и практики магнитно-импульсной обработки: Тез. докл. Всесоюз. совещания.- Самара, 1991.- ■ С.42-44. 30

31.Голешшвео С.Ф. Анализ динамики процессов сборки неразъем ных трубчатых узпов электроимпульсным пластическим деформированием // Проблемы динамики и прочности электро и энергома-жин:Тез. докл. республиканской к^нф.-С.-Петербург,1993.-С.69.

32.Головаиенко С.Ф..Зуева Е.М. Повышение технологичности и качества трубчатых соединений, получаемых электроимпульсным пластическим деформированием // Повышение эффективности машиностроительного производства:Тез. докл. конф.- Нижний Новгород,-1993.-С.36.

33.Головаженко С.Ф..Ореженков А.И. Математическое моделирование процессов сборки неразъемных трубчатых узлов и калибровки тонкостенных деталей динамическим пластическим деформированием // Численные методы механики еппоиной среды:Тез. докл. IV всесоюзной школы Молодых Ученых -Новороссийск.1991.-С.52.

34.Головаиенко С.Ф.,0решенков А.И.Математическое моделирование процессов листовой итамповки электроимпульсными методами // ¡Электрофизические методы и технологии воздействия на структуру и свойства металлических материалов:Тез. докл. Всесоюз. семинара.- Л.,1990.-С.46-47.

35.Головаиенко С.Ф. Анализ технологических процессов сборки трубчатых соединений элекгрошпульснын деформированием в канавки // Электрофизические методы и технологии воздействия на структуру и свойства металлических материаловгТ^з. докл. Все-союз. семинара.- Л.,1990.-с.77-78.

36.Казенин Г.П..Кропотов Г.А.,Головаиенко С.Ф. Использование комбинированного статико-импульсного деформирования в операциях штамповки тонкостенных деталей-// Электрофизические методы и технологии воздействия на ст.уктуру и свойства метал'чческих материалов:Тез. докл. Все^оюз. семинара.- Л.,1990.-0.137-138.

37.Головаиенко С.Ф.Анализ упругопластического контактного взаимодействия при динамической калибровке и запрессовке труб

// Электрический разряд в жидкости и его применение в промышленности: Тез. докл. V научно-технической конф.- Николаев, 1992.-С. ИЗ.

38.Головаиенко С.Ф. Математическое моделирование неустановившегося движения конденсированных средв процессах сборки не-разъемныл трубчатых узлов электрои"пулъсгчм пластическим деформированием // Физика импульсных воздействий на конденсированные среды: Тез. докл. vi научной жколы.- Николаев.1993.-

С .140. 31

39 .Головапнко С.Ф. Анализ процессов разрушения заготовок в разделительных операциях импульсной штамповки /( Чмпульсные процессы в механике сплошных сред: Тез. докл. 1-й научной школы.- Николаев ,1994.-0.160.

АО.Головакенко С.О., Овчинников А.Г. Анализ процессов электроимпульсной штамповки трубчатых заготовок // Прогрессивные технологические процессы, оборудование и оснастка для холдноштамповочного производства: Тез. докл. и Всероссийской научно-технической конф.- Пенза,1994.-С.14-15.

41.Головаденко С.Ф. К вопросу о методике расчета деформирующего даь:.ония по заданным конечны:: перемен лиям трубы при ее осесимметричном динаническо« форнообраз вании // Проблемы механики и машиноведения:Тез. докл. конф.-Л.:ЛФ ИНАШ АН СССР, 1989.-С.15.

42.Головащенко С.Ф. Повышение эффективности расчетов динамического формообразования осесиыметричных тонкостенных заготовок по моыентноа теории оболочек // Проблемы механики и машиноведения: Тез докл. конф.-Л.: Л<Г И НАШ АН СССР. 1989. -С. 15-16.

43.Гоповащекко С.Ф. Расчет конструктивно-технологических параметров сборки нераз.jmhux трубчатых узлов // Фиэико- техноло-гические.проблемы материаловедеки и машиностроения:Тез. докл. научно-техни .¿ской конф.-Л.:ЛФ ИМАШ АН С .'СР, 1990.-С.19-20. 44.0реженков А.И.,Тихонов A.B..Головаиенко С.Ф. Математическое моделирование динамического формообразования в матрицу тонкостенных осесиыметричных и вытянутых в плане деталей // Физико-технопогк ¡еские проблемы материаловедения и машиностроения: Тез. докл. научно-технической конф.-Л.:ЛФ ИМАШ АН СССР.1990.-C.I5.-