автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.09, диссертация на тему:Вытяжка коробчатых деталей прямоугольного поперечного сечения из трансверсально-изотропных материалов

На правах рукописи

БЕССМЕРТНАЯ ЮЛИЯ ВЯЧЕСЛАВОВНА

ВЫТЯЖКА КОРОБЧАТЫХ ДЕТАЛЕЙ ПРЯМОУГОЛЬНОГО ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ ИЗ ТРАНСВЕРСАЛЬНО-ИЗОТРОПНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Специальность 05.02.09 - Технологии и машины обработки

давлением

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тула 2013

О 5 СЕН 2013

005532520

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Яковлев Сергей Сергеевич

Официальные оппоненты: Дёмин Виктор Алексеевич,

доктор технических наук, профессор, советник ректора, ФГБОУ ВПО «Московский государственный индустриальный университет»

Митин Олег Николаевич, кандидат технических наук, заместитель начальника отдела №4 ОАО «Научно-производственное объединение «СПЛАВ» (г. Тула).

Ведущая организация - ФГБОУ ВПО «Государственный университет—учебно-научно-производственный комплекс» (г. Орел).

Защита состоится « 24_» сентября 2013 г. в 12 час. на заседании диссертационного совета Д 212.271.01 при ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет» (300012, г. Тула, ГСП, просп. Ленина, д. 92, 9-101).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет»

Автореферат разослан « 23 » августа 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Черняев Алексей Владимирович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. В различных отраслях машиностроения широкое распространение нашли полые изделия различной конфигурации (цилиндрического, квадратного и прямоугольного поперечных сечений), изготавливаемые методами глубокой вытяжки. В зависимости от величин угловых радиусов изделий вытяжка коробчатых деталей прямоугольного поперечного сечения может осуществляться по разным схемам. Практически не изучено влияние анизотропии на процессы вытяжки коробчатых деталей прямоугольного поперечного сечения. Теоретическое обоснование рациональных технологических режимов операций вытяжки низких и высоких коробчатых деталей прямоугольного поперечного сечения из анизотропных материалов, обеспечивающих снижение металлоемкости, трудоемкости изготовления, сокращения сроков подготовки производства и повышения эксплуатационных характеристик, является

актуальной задачей.

Работа выполнялась в соответствии с грантами Президента Российской Федерации на поддержку ведущих научных школ по выполнению научных исследований, государственными контрактами в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы Минобрнауки РФ, грантами РФФИ, научно-технической программой Министерства образования и науки Российской Федерации «Развитие научного потенциала высшей школы», государственным контрактам Министерства образования и науки Российской Федерации.

Цель работы. Повышение эффективности операций вытяжки коробчатых деталей прямоугольного поперечного сечения из трансверсально-изотропных материалов путем теоретического обоснования рациональных технологических режимов пластического деформирования.

Для достижения указанной цели в работе были поставлены и решены следующие задачи исследований:

1. Создание расчетных схем операций вытяжки коробчатых деталей прямоугольного поперечного сечения из трансверсально-изотропных материалов на основе разработанных математических моделей.

2. Выполнение теоретических и экспериментальных исследований операций вытяжки коробчатых деталей прямоугольного поперечного сечения из трансверсально-изотропных материалов.

3. Выявление влияния технологических параметров, условий трения на контактных границах рабочего инструмента и заготовки, анизотропии механических свойств на напряженное и деформированное состояние, силовые режимы и предельные возможности вытяжки низких и высоких коробчатых деталей прямоугольного поперечного сечения из трансверсально-изотропных материалов.

4. Разработка рекомендаций по расчету технологических параметров одно- и многооперационной вытяжки низких и высоких коробчатых деталей прямоугольного поперечного сечения из трансверсально-изотропных материалов на основе созданного пакета прикладных программ для ЭВМ.

5. Использование результатов исследований в промышленности и в учебном процессе.

Объект исследования. Процессы пластического деформирования анизотропных материалов.

Предмет исследования. Вытяжка коробчатых деталей прямоугольного поперечного сечения из трансверсально-изотропных материалов.

Методы исследования. В работе использован комплексный метод исследований, включающий теоретический анализ и экспериментальную проверку полученных результатов в лабораторных условиях. Теоретические исследования процессов вытяжки коробчатых деталей прямоугольного поперечного сечения выполнены на основе теории пластичности Мизеса-Хилла анизотропного материала. Расчет силовых режимов процессов вытяжки коробчатых деталей осуществлен исходя из экстремальной верхнеграничной теоремы. Анализ напряженного и деформированного состояний заготовки в процессах вытяжки коробчатых деталей осуществлен численно на ЭВМ путем совместного решения приближенного дифференциального уравнения равновесия с условием пластичности анизотропного материала. Предельные возможности формоизменения оценивались по максимальной величине осевого напряжения на выходе из очага пластической деформации, феноменологическим критериям разрушения анизотропного материала, связанного с накоплением микроповреждений, и критерию локальной потери устойчивости. При проведении экспериментальных исследований использованы современные испытательные машины и регистрирующая аппаратура.

Автор защищает

- основные уравнения и соотношения, необходимые для анализа кинематики течения материала, напряженного и деформированного состояния заготовки, силовых режимов и предельных возможностей формообразования при вытяжке низких коробчатых деталей прямоугольного поперечного сечения из трансверсально-изотропных материалов;

- математические модели многооперационной вытяжки высоких коробчатых деталей прямоугольного поперечного сечения из трансверсально-изотропных материалов по схеме «овал-овал-прямоугольник»;

- результаты теоретических исследований вытяжки коробчатых деталей прямоугольного поперечного сечения из трансверсально-изотропных материалов;

- установленные количественные зависимости влияния технологических параметров, анизотропии механических свойств материала на кинематику течения материала, напряженное и деформированное состояния заготовки, силовые режимы и предельные возможности деформирования по различным критериям разрушения заготовки при одно- и многооперационной вытяжке коробчатых деталей прямоугольного поперечного сечения;

- результаты экспериментальных исследований процессов вытяжки коробчатых деталей прямоугольного поперечного сечения;

- разработанные рекомендации по проектированию технологических процессов одно- и многооперационной вытяжки коробчатых деталей прямоугольного поперечного сечения из трансверсально-изотропных материалов, обеспечивающих заданное качество их изготовления, уменьшение трудоемкости и металлоемкости деталей, сокращение сроков подготовки производства новых изделий;

- предложенные технологические процессы изготовления коробчатых деталей прямоугольного поперечного сечения «Полукорпус», «Полубак левый» и «Полубак правый» из стали 08кп.

Научная новизна: выявлены закономерности изменения напряженного и деформированного состояния заготовки, силовых режимов и предельных возможностей формообразования по максимальной величине осевого напряжения на выходе из очага пластической деформации, допустимой величине накопленных микроповреждений и критерию локальной потери устойчивости заготовки от технологических параметров и анизотропии механических свойств листового материала на основе разработанных математических моделей вытяжки коробчатых деталей прямоугольного поперечного сечения по различным схемам пластического деформирования из трансверсально-изотропных материалов.

Практическая значимость. Разработаны рекомендации по расчету технологических параметров вытяжки коробчатых деталей прямоугольного поперечного сечения из трансверсально-изотропных материалов на основе созданного пакета прикладных программ для ЭВМ.

Реализация работы. Разработанные рекомендации по расчету технологических параметров вытяжки низких и высоких коробчатых деталей прямоугольного поперечного сечения востребованы при проектировании технологических процессов, инструмента и оснастки для изготовления деталей «Полукорпус», «Полубак левый» и «Полубак правый» на ОАО «ТНИТИ» (г. Тула). Эффективность разработанных технологических процессов связана с сокращением сроков подготовки производства, уменьшением металлоемкости заготовок, трудоемкости изготовления деталей, повышением качества за счет отказа от сварочных и доводочных работ. Отдельные результаты исследований использованы в учебном процессе при подготовке бакалавров и магистров направления 150700 «Машиностроение» профиля «Машины и технология обработки металлов давлением», а также использованы в научно-исследовательской работе студентов, при выполнении курсовых и дипломных проектов.

Апробация работы. Результаты исследований доложены на XXXVI-XXXVIV международных молодежных научных конференциях «Гагаринские чтения» (г. Москва: «МАТИ», 2010-2013 гг.), на международных НТК «Автоматизация; проблемы, идеи, решения» (г. Тула: «ТулГУ», 2010-2012 г.), ВНТК студентов и аспирантов «Современные технологии обработки металлов и средства их автоматизации» (г. Тула: «ТулГУ», 2010-2012 гг.), а такж<; на ежегодных НТК профессорско-преподавательского состава ТулГУ в 2009-2013 гг.).

Публикации. Материалы проведенных исследований отражены в 8 статьях в рецензируемых изданиях, внесенных в «Перечень ВАК»; 3 статьях межвузовских сборниках научных трудов, 4 тезисах докладов на международных и Всероссийских научно-технических конференциях; общим объемом 5,4 п. л.; из них авторских - 2,68 п. л. Автор выражает глубокую благодарность д.т.н'., профессору С.П. Яковлеву и д.т.н., профессору В.Н. Чудину за оказанную помощь при выполнении работы, критические замечания и рекомендации.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения и пяти разделов, заключения, списка использованных источников из 160 наименований, 3 приложений и включает 115 страниц машинописного текста, содержит 70 рисунков и 10 таблиц. Общий объем - 195 страниц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность рассматриваемой в работе задачи, ее научная новизна, практическая ценность, приведены положения, выносимые на защиту, и краткое содержание разделов диссертации.

В первом разделе изложено современное состояние теории и технологии изготовления осесимметричных и коробчатых деталей методами глубокой вытяжки, рассмотрены существующие методы анализа процессов обработки металлов давлением, показано влияние начальной анизотропии механических свойств исходного материала на технологические параметры процессов глубокой вытяжки осесимметричных и коробчатых деталей. Обоснована постановка задач исследований.

Значительный вклад в развитие теории пластичности и методов анализа процессов обработки металлов давлением, теории вытяжки осесимметричных и коробчатых деталей из изотропных и анизотропных листовых материалов внесли Ю.А. Аверкиев, А.Ю. Аверкиев, Ю.А. Алюшин, Ю.М. Арышенский, A.A. Богатое, В.Д. Головлев, Ф.В. Гречников, С.И. Губкин, Г.Я. Гун, Г.А. Данилин, Г.Д. Дель, В.А. Демин, В. Джонсон, A.M. Дмитриев, Г. Закс, В.А. Жарков, A.A. Ильюшин, А.Ю. Ишлинский, Ю.Г. Калпин, JI.M. Качанов, В.Л. Колмогоров, X. Кудо, В.Д. Кухарь, H.H. Малинин, B.C. Мамутов, А.Д. Матвеев, Э.Л. Мельников, И.А. Норицин, А.Г. Овчинников, В.А. Огородников, Е.А. Попов, Ю.Н. Ра-ботнов, И.П. Ренне, В.П. Романовский, К.И. Романов, Ф.И. Рузанов, А.И. Руд-ской, Г. Свифт, Е.И. Семенов, E.H. Сосенушкин, Л.Г. Степанский, В.Н. Субич, А.Д. Томленов, Е.П. Унксов, Р. Хилл, В.В. Шевелев, Л.А. Шофман, В.Н. Чудин, С.П. Яковлев и др.

Наибольшее распространение среди теорий пластичности ортотропного материала при анализе процессов обработки металлов давлением нашла теория течения анизотропного материала Мизеса - Хилла. Вопросы теории пластического деформирования коробчатых деталей прямоугольного поперечного сечения из анизотропных материалов в настоящее время практически не разработаны, а количественная оценка влияния анизотропии механических свойств исходного материала на процесс вытяжки коробчатых деталей почти не производилась. При разработке технологических процессов вытяжки коробчатых деталей прямоугольного поперечного сечения из анизотропных материалов в настоящее время используют эмпирические зависимости из различных справочных источников, которые не учитывают многие практически важные параметры.

Во втором разделе приводятся основные уравнения и соотношения, необходимые для теоретического анализа напряженного и деформированного состояний анизотропной заготовки, силовых режимов, описаны модель накопления микроповреждений в процессе пластического формоизменения анизотропного материала и критерий локальной потери устойчивости (шейкообразова-ния) трансверсально-изотропных материалов при плоском напряженном состоянии, которые в последующем используются при теоретических исследованиях. Материал принимали несжимаемым, жесткопластическим, ортотропным, для которого справедливы условие текучести Мизеса-Хилла и ассоциированный закон пластического течения. Упругими составляющими деформации пренебрегали. В случае изотропно-упрочняющегося начально анизотропного тела Р. Хиллом введены понятия интенсивности напряжений о, и приращения ин-

тенсивности деформации Je,. Для трансверсально-изотропного материала вводится среднее значение анизотропии в плоскости листа R (коэффициент нормальной анизотропии). Теоретический анализ операции вытяжки коробчатых деталей прямоугольного поперечного сечения выполнен в рамках модели изотропного упрочнения трансверсально-изотропного тела:

а(=5(е,)Ш, О)

где В, т - экспериментальные константы материалов.

Силовые режимы операции вытяжки высоких коробчатых деталей прямоугольного поперечного сечения определяем, исходя из экстремальной верхнеграничной теоремы. Общее уравнение мощностей для первой и последующих операций вытяжки коробчатых деталей запишется в виде

PVn<WeH + Wp + Wp+Wmp, (2)

где левая часть - мощность внешних сил Р при скорости перемещения пуансона V ; правая часть - соответственно мощность сил деформаций WeH, мощность на линиях разрыва скоростей Wp и мощность трения на поверхностях контакта материала с инструментом Wmp; мощность сил в связи с перетяжкой стенки цилиндра (полуфабриката предыдущей вытяжки) на ребре прижима IVр.

Предельные возможности формоизменения при пластическом деформировании часто оцениваются на базе феноменологических моделей разрушения по накоплению микроповреждений:

те = /-тЦ-\ - *; Z»V = Пехр

Q^inpia/a,) к .

где а = (а1+а2+а3)/3 - среднее напряжение; аь а2 и о3 - главные напря жения; а, - интенсивность напряжения; zmp =е,„р(а/ст,) - предельная интенсивность деформации; О, U - константы материала. До деформации сое =0, а в момент разрушения а>е = х = 1 •

При назначении величин степеней деформации в процессах пластического формоизменения в дальнейшем учитывались рекомендации по степени использования запаса пластичности В.Л. Колмогорова и A.A. Богатова, согласно которым, допустимой величиной степени использования запаса пластичности следует считать х=0,25. В ряде случаев предельные возможности формоизменения ограничены локальной потерей устойчивости заготовки. Для анализа локализации деформаций анизотропного изотропно-упрочняющегося материала используется критерий, основанный на условии положительности добавочных нагрузок и позволяющий рассчитать предельную деформацию в условиях плоского напряженного состояния (а, = 0):

1 dOj ах ~аху™_. 1 da, аут~аху

- =-'->-== - =-— > I 1 ' (4)

- аА: ^ах-2ахут + аут2 ' ^ах-2 а^т + а

3(Я + 1) 3 R „ ,

(3)

„ш2

Критической величиной является наименьшая из деформаций ¡с/е, , удовлетворяющих условиям (4), взятым со знаком равенства.

В третьем разделе приведены разработанные математические модели операций вытяжки низких коробчатых деталей прямоугольного поперечного сечения с относительно большими угловыми радиусами, с небольшим относительным угловыми радиусами и с малыми относительными угловыми радиусами из трансверсально-изотропных материалов. Выявлено влияние технологических параметров, анизотропии механических свойств листовых материалов на силовые режимы вытяжки низких коробчатых деталей прямоугольного поперечного сечения из трансверсально-изотропных листовых материалов.

Низкие прямоугольные в поперечном сечении коробчатые детали (Н„р/В <0,6...0,8) изготавливают однооперационной вытяжкой, где Нпр и

В - соответственно высота детали с учетом припуска на обрезку и ширина (длина) коробчатой детали соответственно. Возможные формы заготовок для вытяжки коробок показаны на рис. 1.

2 В, Ж ^

< :

А

1 1ш . 2В_ _

ав\

2 В

Рис. 1. Формы заготовок для вытяжки коробчатых деталей прямоугольного поперечного сечения: а-с относительно большими угловыми радиусами; б-с небольшими угловыми радиусами; в-с малыми угловыми радиусами

В производственной практике геометрия заготовки принимается, исходя из условий: гугл Ц2А\ - Н) > 0,4 - коробки с относительно большими угловыми

радиусами (рис. 1,а); 0,22 < гугл !{2АХ - Я) <0,4 - коробки с относительно небольшими угловыми радиусами (рис. 1,6); гуглЦ2А\ - Я) <0,22- коробки с относительно малыми угловыми радиусами (рис. 1,в), где Н - высота детали. Форма исходной заготовки - овал с прямолинейными или криволинейными большими сторонами (рис. 1). Рассмотрены операции вытяжки низких коробчатых деталей, основываясь на схемах заготовок, представленных на рис.1.

На рис. 2 показаны расчетные схемы операций вытяжки коробчатых деталей прямоугольного поперечного сечения с относительно большими угловыми радиусами, с небольшими угловыми радиусами и с малыми угловыми радиусами.

Предложены для каждой схемы операций вытяжки поле скоростей в очаге деформации и план скоростей на линии разрыва. Установлена кинематика течения материала в зонах деформаций.

і У-

4 1 . ■„ і

71/4/1

У гп

2 Ь | 2Я

а о в

Рис. 2. Расчетные схемы операции вытяжки прямоугольных коробок с большими угловыми радиусами (а), с небольшими угловыми радиусами (б) и с малыми угловыми радиусами (в) Материал листовой заготовки принимался несжимаемым, трансверсаль-но-изотропным с коэффициентом нормальной анизотропии Я, изотропно упрочняющимся (1), подчиняющимся условию пластичности Мизеса-Хилла и ассоциированному закону пластического течения. Контактное касательное напряжение на поверхностях матрицы и прижима определяется по выражению:

т*«р<7, (5)

где ц - давление прижима; ц - коэффициент трения заготовки на инструменте. Получены выражения для определения кинематики течения материала,

И/вн, мощности на

1¥„

деформированного состояния, мощности сил деформаций ,,вн

линиях разрыва скоростей угр и мощности трения на поверхностях контакта материала с инструментом IVтр , которые позволили, используя экстремальную верхнеграничную теорему (2), рассчитать силу операций вытяжки низких коробчатых деталей прямоугольного поперечного сечения (Ц'"р =0). Оценено

влияние технологических параметров, анизотропии механических свойств листового материала на силовые режимы вытяжки низких коробчатых деталей прямоугольного поперечного сечения из анизотропных листовых материалов.

Расчеты силовых режимов операций вытяжки коробчатых деталей с большими, с небольшими и малыми угловыми радиусами выполнены для стали 08кп, алюминиевого сплава АМгбМ и латуни Л63, механические свойства которых приведены в таблице.

Механические характеристики исследуемых материалов

Материал Ст/о, МПа В, МПа т Я

Сталь 08кп 268,66 329,38 0,478 0,8

Латунь Л63 214,94 111,75 0.575 0,708

Алюминиевый сплав АМгбМ 29,20 69,15 0,440 0,605

В качестве примера приведены результаты вычисления силовых режимов операции вытяжки коробчатых деталей с большими угловыми радиусами. Расчеты произведены при следующих геометрических размерах заготовки и рабочего инструмента: гд =250 мм; гп =80 мм; а-70 мм; ¿о = 1>4 мм; 6=250 мм; А=140 мм; В = 600 мм; Л = 280 мм. Величина давления прижима q назначалась в соответствии с рекомендациями В.П. Романовского. Анализ результатов расчетов показывал, что с увеличением коэффициента трения на контактной поверхности рабочего инструмента и заготовки ц и относительной величины давления прижима (\ = ц!ъ* (о* =10 МПа) относительная величина максимальной силы операции вытяжки Р = Р/(Ра,0) возрастает (Г - площадь поперечного сечения коробчатой детали). При вытяжке коробчатых деталей из латуни Л63 увеличение относительной величины давления прижима Щ от 0,05 до 0,25 приводит к росту относительной величины максимальной силы операции вытяжки Р на 35...40 %. Изменение величины коэффициента трения ц от 0,05 до 0,4 сопровождается ростом относительной величины максимальной силы операции вытяжки Р на 30 %. Оценено влияние анизотропии механических свойств на силовые режимы вытяжки низких коробчатых деталей из трансвер-сально-изотропных материалов. Установлено, что увеличение коэффициента анизотропии Я от 0,5^до 2,0 приводит к уменьшению относительной величины максимальной силы Р более чем на 40 %.

Четвертый раздел посвящен теоретическим исследованиям вытяжки коробчатых деталей прямоугольного поперечного сечения из трансверсально-изотропного материала по схеме «овал-овал-прямоугольник». Приведены результаты теоретических исследований напряженного и деформированного состояний и предельных возможностей деформирования. Многооперационной вытяжкой изготавливают высокие коробчатые детали при относительной высоте Н„р/В> 0,6...0,8, где Нпр и В - высота детали с учетом припуска на обрезку и ширина (длина) коробчатой детали прямоугольного поперечного сечения.

Рассмотрены технологические схемы первой и последующих вытяжек высоких прямоугольных коробок из заготовок (полуфабрикатов), формой которых в плане являются овалы с прямыми сторонами.

Окончательная вытяжка производится с овала на прямоугольник. На рис. 3 показаны схемы операций первой и промежуточной операций вытяжки высоких коробчатых деталей прямоугольного поперечного сечения. Приведена схема операции вытяжка по схеме «овал-прямоугольник» на рис. 4. Допускалось, что во фланце заготовки имеются зоны деформаций и жесткие зоны. Линии разрыва, разделяющие эти зоны, проведены через точки перехода криволинейных угловых участков фланца к прямолинейным.

Перемещения точек в зонах деформаций происходят со скоростями Уг по радиальным направлениям к центру в точке О]. Жесткие зоны движутся по нормали к прямолинейному контуру матрицы со скоростью У„. Уравнение мощностей (2) соответствует энергетическому состоянию. Для интегрирования в полярных координатах выражений для мощностей записаны уравнения дуг окружностей с радиусами гп,г0 относительно центра в точке О - точке пересечения линии разрыва с горизонтальной осью заготовки (изделия).

Материал заготовки принимался несжимаемым, трансверсально-изотропным с коэффициентом нормальной анизотропии изотропно упрочняющимся (1), подчиняющимся условию пластичности Мизеса-Хилла и ассоциированному закону пластического течения.

г ~~----1

Уп

в

__—

а о

Рис. 3. Схемы первой и последующей операций вытяжки высоких коробчатых деталей

деформацийX,

Рис. 4. Схема операции вытяжки высоких коробчатых деталей прямоугольного поперечного сечения по схеме «овал-прямоугольник»: а - схема операции; б - форма заготовки; в, г - скорости на линиях разрыва Контактное касательное напряжение на поверхностях матрицы и прижима определяется по выражению (5). Получены выражения для определения кинематики течения материала, деформированного состояния, мощности сил деформаций 1Увн, мощности на линиях разрыва скоростей IVр. мощности трения

на поверхностях контакта материала с инструментом IVщ, и мощности сил в

связи с перетяжкой стенки цилиндра (полуфабриката предыдущей вытяжки) на ребре прижима IV'р, которые позволили, используя экстремальную верхнеграничную теорему (2), рассчитать силу операции вытяжки высоких коробчатых деталей прямоугольного поперечного сечения. Установлено, что с уменьшением относительной величины давления прижима д от 0,35 до 0,1 наблюдается уменьшение относительной величины Р в 1,5 раза при вытяжке коробчатых деталей прямоугольного поперечного сечения по схеме «овал - овал», и в 1,2 раза по схеме «овал-прямоугольник» для алюминиевого сплава АМг2М.

Для материалов латунь Л63 и сталь 08кп наблюдается подобная тенден-

ция. Рост коэффициента трения на контактных поверхностях рабочего инструмента ц от 0,05 до 0,3 сопровождается увеличением относительной максимальной величины силы Р в среднем в 2 раза для представленных схем. Рост коэффициента анизотропии Я от 0,5 до 3,0 сопровождается уменьшением относительной величины силы процесса Р при фиксированных технологических параметрах ц=0,1 на 25 % и д=5 МПа на 20 % при вытяжке деталей по схеме «овал-овал», а при вытяжке деталей по схеме «овал-прямоугольник» соответственно на 35 % и 15 %. Меридиональные аг и окружные аф напряжения во

фланце заготовки определяем путем численного решения приближенного уравнения равновесия

совместно с условием текучести

2 2 2Л

2(2+Л)

г?. (7)

3(1 + /?)

при граничных условиях в напряжениях, учитывающих влияние прижима заготовки в процессе деформации и изгиба и спрямления полой заготовки на кромке прижима гпр. Допускалось, что при изгибе заготовки на кромке прижима

имеют место радиальные деформации и деформации по толщине заготовки. Значения напряжений аг и аф также уточняются учетом влияния изгиба,

спрямления и трения заготовки на вытяжной кромке матрицы гм .

Предельные возможности операции вытяжки коробчатых деталей прямоугольного поперечного сечения оценивались по максимальной величине осевого напряжения аг в стенке изделия на выходе из очага деформации, которая

не должна превышать величину сопротивления материала пластическому деформированию с учетом упрочнения

, , ¡2 (Р + 2) ш

допустимой величиной накопленных микроповреждений (3) и критерием локальной потери устойчивости заготовки (4).

Путем численных расчетов по неравенствам (8), (3) и (4) устанавливались предельные возможности деформирования в зависимости от относительной величины давления прижима Ц, коэффициента трения на рабочем инструменте ц, относительных радиусов закругления матрицы гЛ1 = >;,, /¿0 и прижима г =г„р/.?0 для алюминиевого сплава АМг2М, латуни Л63 и стали 08кп, механические свойства которых приведены в таблице.

Графические зависимости изменения предельной угловой степени вытяжки К угл = г0/гуг„ (здесь гуг„ - угловой радиус закругления детали) от относительного радиуса закругления прижима гпр на второй операции вытяжки вы-

соких прямоугольных коробок из овальной заготовки из стали 08кп приведены на рис. 5. Расчеты выполнены при г0 = 350 мм; г„ = 40 мм; с = 145 мм; Ь = 165 мм; а = 175 мм; А = 283,5 мм; В = 110 мм; Ь{ = 243,5 мм; = 1 мм.

Здесь кривая 1 соответствует величине предельной угловой степени вытяжки Кугл по величине максимального осевого растягивающего напряжения на выходе из очага деформации (8), кривая 2 соответствует величине Кугл, вычисленного по накоплению микроповреждений при X = 0,25 (3); кривая 3 соответствует величине предельного Кугл, определенного по критерию локальной потери устойчивости (4).

Анализ результатов расчетов показал, что предельная угловая степень вытяжки Кугя, вычисленная по максимальной величине осевого напряжения

на выходе из очага пластической деформации, критерию локальной потери устойчивости заготовки и по допустимой величине накопленных микроповреждений при % = 0,25, растет с увеличением величин относительного радиуса закругления прижима гпр, уменьшением относительной величины давления

прижима <7, коэффициента трения на контактных границах рабочего инструмента и заготовки ц. Установлено, что предельные величины угловой степени вытяжки Кугя с увеличением коэффициента нормальной анизотропии от 0,2 до

2 увеличивается на 55...70 %.

В пятом разделе выполнено сравнение теоретических расчетов и экспериментальных данных по силовым режимам операций вытяжки низких и высоких коробчатых деталей прямоугольного поперечного сечения из листовой заготовки из стали 08кп толщиной 1,4 мм. Установлено, что расчетные величины силы превышают экспериментальные значения силы не более чем на 10 %.

Разработаны рекомендации и созданы пакеты прикладных программ для ЭВМ по расчету технологических параметров одно- и многооперационной вытяжки коробчатых деталей прямоугольного поперечного сечения по различным схемам пластического деформирования, которые были востребованы на ОАО «ТНИТИ» (г. Тула) при проектировании технологических процессов, инструмента и оснастки для изготовления деталей «Полукорпус», «Полубак левый» и «Полубак правый» из листовой заготовки из стали 08кп толщиной 1,4 мм.

Технико-экономическая эффективность разработанных технологических процессов изготовления коробчатых деталей прямоугольного поперечного сечения связана с сокращением сроков подготовки производства, уменьшением металлоемкости заготовок, трудоемкости изготовления деталей, повышением

качества за счет отказа от сварочных и доводочных работ. Детали «Полукорпус» и «Полубак правый», изготовленные вытяжкой, приведены на рис. 6.

яШ*

ШШ

ч

ч

Рис. 6. Детали «Полукорпус» и «Полубак правый» из листовой заготовки из стали 08кп

Отдельные результаты диссертационной работы использованы в учебном процессе на кафедре «Механика пластического формоизменения» в ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет».

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В работе решена актуальная научная задача, состоящая в теоретическом обосновании рациональных технологических режимов операций вытяжки коробчатых деталей прямоугольного поперечного сечения из трансверсально-изотропных материалов, обеспечивающих снижение металлоемкости, трудоемкости изготовления, сокращения сроков подготовки производства и повышения эксплуатационных характеристик деталей.

В процессе теоретического и экспериментального исследований получены следующие основные результаты и сделаны выводы:

1. Разработаны математические модели операций вытяжки коробчатых деталей прямоугольного поперечного сечения из трансверсально-изотропных материалов по различным схемам пластического деформирования. Предложены расчетные схемы вытяжки коробчатых деталей прямоугольного поперечного сечения. Выполнен кинематический расчет сил на базе экстремальной верхнеграничной теоремы пластичности.

2. Проведены теоретические исследования операций вытяжки коробчатых деталей прямоугольного поперечного сечения из трансверсально-изотропных материалов по различным схемам пластического деформирования. Разработаны алгоритм расчета силовых режимов, напряженного и деформационного состояний и предельных возможностей одно- и многооперационных операций вытяжки коробчатых деталей, а также программное обеспечение для ЭВМ.

3. Установлены количественные зависимости влияния технологических параметров, условий трения на контактной поверхности рабочего инструмента и заготовки, анизотропии механических свойств материала на кинематику течения материала, напряженное и деформированное состояния заготовки, силовые режимы и предельные возможности деформирования, связанные с максимальной величиной осевого напряжения на выходе из очага пластической деформации, допустимой величиной накопленных микроповреждений и критерием локальной потери устойчивости заготовки.

4. Показано, что при вытяжке коробчатых деталей прямоугольного поперечного сечения с увеличением коэффициента прения на контактной поверхно-

сти рабочего инструмента и заготовки ц, относительной величины давления прижима Ц относительная величина максимальной силы операции вытяжки Р возрастает. Установлено, что с увеличением величины относительного радиуса закругления прижима гпр, уменьшением относительной величины давления

прижима <7, коэффициента трения на контактных границах рабочего инструмента и заготовки ц предельная угловая степень вытяжки Кугл возрастет.

5. Оценено влияние анизотропии механических свойств на напряженное и деформированное состояния заготовки, силовые режимы и предельные возможности операций вытяжки коробчатых деталей. Установлено, что рост коэффициента нормальной анизотропии /? от 0,5 до 2 сопровождается уменьшением величины относительной величины максимальной силы операции вытяжки Р более чем на 40 %, увеличением предельной величины угловой степени вытяжки Кугл на55...70%.

6. Выполнены экспериментальные работы по исследованиям силовых режимов одно- и многооперационной вытяжки коробчатых деталей прямоугольного поперечного сечения из стали 08кп. Показано, что расчетные величины силы превышают экспериментальные значения не более чем на 10 %.

7. Разработаны рекомендации по проектированию технологических процессов одно- и многооперационной вытяжки коробчатых деталей прямоугольного поперечного сечения из трансверсально-изотропных материалов.

Эти рекомендации использованы на ОАО «ТНИТИ» при проектировании технологических процессов, инструмента и оснастки для изготовления деталей «Полукорпус», «Полубак левый» и «Полубак правый» из стали 08кп, обеспечивающих уменьшение трудоемкости изготовления коробчатых деталей прямоугольного поперечного сечения в 1,2... 1,4 раза, повышение прочности деталей в 1,2... 1,5 раз; уменьшение металлоемкости заготовок до 15 %; сокращение сроков подготовки производства новых изделий до 2 раз, повышение качества за счет отказа от сварочных и доводочных работ.

Отдельные материалы научных исследований использованы в учебном процессе на кафедре «Механика пластического формоизменения» ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет».

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОТРАЖЕНО В ПУБЛИКАЦИЯХ

1. Бессмертная Ю.В. Теория деформирования анизотропных упрочняющихся материалов // XXXVI Гагаринские чтения. Международная молодежная научная конференция. Тезисы докладов. М.: Изд-во МАТИ, 2010. Том 1. С. 253-254.

2. Бессмертная Ю.В. К вопросу деформирования анизотропных упрочняющихся материалов // Известия ТулГУ. Сер. Актуальные вопросы механики. Тула: Изд-во ТулГУ. 2010. Вып. 1. С. 184-186.

3. Бессмертная Ю.В., Чудин В.Н., Ларин С.Н. Вытяжка цилиндрических деталей из анизотропных материалов по схеме «круг-цилиндр» // Известия ТулГУ. Сер. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2011. Вып. 4. С. 124-130.

4. Бессмертная Ю.В., Яковлев С.С., Ларин С.Н. Вытяжка высоких квадратных коробок из анизотропных материалов по схеме «круг - выпуклый квадрат - квадрат» // Известия ТулГУ. Сер. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2011. Вып. 5. С. 160-171.

5 Бессмертная Ю.В., Ремнев К.С., Чудин В.Н. Вытяжка коробки с большими угловыми радиусами // Известия ТулГУ. Сер. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2011. Вып. 5. С. 191-202.

6 Бессмертная Ю.В., Ремнев К.С., Чудин В.Н. Вытяжка коробки с малыми угловыми радиусами // Известия ТулГУ. Сер. Технические науки. Тула:

Изд-во ТулГУ. 2011. Вып. 6. С. 186-192.

7 Бессмертная Ю.В., Яковлев С.С. Вытяжка коробки с небольшими угловыми радиусами // Известия ТулГУ. Сер. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2011. Вып. 6. С. 211-217.

8 Бессмертная Ю.В. Технологические параметры вытяжки короОки с малыми угловыми радиусами // XXXVIII Гагаринские чтения Международна* молодежная научная конференция. Тезисы докладов. М.: Изд-во МАТИ, 2012. С ¿а-ги.

9 Бессмертная Ю.В. Теоретические исследования вытяжки коробчатых деталей с малыми угловыми радиусами // Материалы Всероссийской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Современные технологии обработки металлов и средства их автоматизации». Тула: Изд-во ТулГУ, 2012. С. 3-4

10 Бессмертная Ю.В. Вытяжка коробки из заготовки прямоугольной формы с угловыми радиальными закруглениями // Молодежный вестник политехнического института. Тула: Изд-во ТулГУ, 2012. С. 35-36.

11. Бессмертная Ю.В., Яковлев С.С. Вытяжка цилиндрических детален из анизотропных материалов по схеме «круг-цилиндр» // Известия ТулГУ. Сер. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2012. Вып. 5. С. 25-31.

12. Бессмертная Ю.В., Яковлев С.С. Вытяжка коробчатых деталей из анизотропных материалов по схеме «цилиндр-квадрат» // Известия ТулГУ. Сер. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2012. Вып. 5. С. 31-40.

13. Бессмертная Ю.В., Яковлев С.С., Ларин С.Н. Влияние анизотропии механических свойств на силовые режимы вытяжки коробчатых деталей по схеме «овал-прямоугольник» // Известия ТулГУ. Сер. Технические науки. Тула:

Изд-во ТулГУ. 2012. Вып. 8. С. 129-136.

14. Бессмертная Ю.В. Определение силовых параметров при вытяжке коробчатых деталей из анизотропных материалов по схеме «цилиндр-квадрат» // XXXIX Гагаринские чтения. Международная молодежная научная конференция. Тезисы докладов. М.: Изд-во МАТИ, 2013. С. 184-186.

15. Бессмертная Ю.В. Вытяжка высоких прямоугольных коробок из анизотропных материалов по схеме «овал-прямоугольник» // Молодежный вестник политехнического института. Тула: Изд-во ТулГУ, 2013. С. 47-48.

Подписано в печать ]2.££.2013. Формат бумаги 60 х 84 у[(]. Бумага офсетная.

Усл. печ. л. 1,1. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 100 экз. ЗаказО^б .

Тульский государственный университет. 300600, г. Тула, просп. Ленина, 92.

Отпечатано в Издательстве ТулГУ. 300012, г. Тула, пр. Ленина, 97а.

ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет»

На правах рукописи

042013614,6 ¡юре

БЕССМЕРТНАЯ ЮЛИЯ ВЯЧЕСЛАВОВНА

ВЫТЯЖКА КОРОБЧАТЫХ ДЕТАЛЕЙ ПРЯМОУГОЛЬНОГО ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ ИЗ ТРАНСВЕРСАЛЬНО-ИЗОТРОПНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Специальность 05.02.09 - Технологии и машины обработки

давлением

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор С.С. Яковлев

Тула 2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.................................................................. 4

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕОРИИ И ТЕХНОЛОГИИ ГЛУБОКОЙ ВЫТЯЖКИ ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ И КОРОБЧАТЫХ ДЕТАЛЕЙ............................................ 11

1.1. Глубокая вытяжка осесимметричных и коробчатых деталей...... 11

1.2. Анизотропия механических свойств материала заготовок......... 20

1.3. Основные выводы и постановка задач исследований............... 28

2. ОСНОВНЫЕ СООТНОШЕНИЯ АНИЗОТРОПНОГО ТЕЛА............................................................................. 31

2.1. Условие текучести. Ассоциированный закон пластического течения........................................................................... 31

2.2. Плоское напряженное состояние....................................... 32

2.3. Математическая модель упрочнения................................... 35

2.4. Экстремальная верхнеграничная теорема.............................. 35

2.5. Предельные степени вытяжки............................................ 36

2.5.1. Феноменологическая модель разрушения........................... 37

2.5.2. Критерии локальной потери устойчивости............................ 39

2.6. Основные результаты и выводы.......................................... 41

3. ОДНООПЕРАЦИОННАЯ ВЫТЯЖКА КОРОБЧАТЫХ ДЕТАЛЕЙ ПРЯМОУГОЛЬНОГО ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ..................................................................... 42

3.1. Схемы вытяжки коробчатых деталей прямоугольного поперечного сечения 42

3.2. Вытяжка коробчатых деталей прямоугольного поперечного сечения с большими угловыми радиусами............................... 43

3.2.1. Математическая модель вытяжки коробчатых деталей с большими угловыми радиусами............................................... 43

3.2.2. Силовые режимы............................................................ 52

3.3. Вытяжка коробчатых деталей прямоугольного поперечного сечения с небольшими угловыми радиусами............................ 55

3.3.1. Математическая модель вытяжки коробчатых деталей с небольшими угловыми радиусами......................................... 55

3.3.2. Силовые режимы......................................................... 58

3.4. Вытяжка коробчатых деталей прямоугольного поперечного сечения с малыми угловыми радиусами.................................. 60

3.4.1. Математическая модель вытяжки коробчатых деталей с малыми угловыми радиусами................................................... 60

3.4.2. Силовые режимы.......................................................... 64

3.5. Влияние анизотропии механических свойств заготовки на силовые режимы............................................................... 67

3.6. Основные результаты и выводы.......................................... 69

4. МНОГООПЕРАЦИОННАЯ ВЫТЯЖКА ВЫСОКИХ КОРОБЧАТЫХ ДЕТАЛЕЙ ПРЯМОУГОЛЬНОГО ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ ПО СХЕМЕ «ОВАЛ-ОВАЛ-ПРЯМОУГОЛЬНИК»................................................... 71

4.1. Математические модели первой и последующих операций вытяжки по схеме «овал - овал»............................................ 72

4.2. Математическая модель операции вытяжки по схеме «овал-прямоугольник» ............................................................ 78

4.3. Влияние технологических параметров операции вытяжки коробчатых деталей по схеме «овал-овал-прямоугольник» на силовые режимы............................................................... 83

4.4. Влияние анизотропии механических свойств на силовые режимы вытяжки коробчатых деталей прямоугольного поперечного сечения........................................................................ 87

4.5. Напряженное состояние заготовки на последующей операции вытяжки коробчатых деталей прямоугольного поперечного сечения из анизотропных заготовок.................................................. 90

4.6. Предельные возможности формообразования........................ 98

4.7. Влияние анизотропии механических свойств на напряженное состояние и предельные возможности деформирования.......... 105

4.8. Основные результаты и выводы......................................... 109

5. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ.... 113

5.1. Рекомендации по проектированию технологических процессов вытяжки деталей прямоугольного поперечного сечения из анизотропных материалов..................................................... 113

5.1.1. Рекомендации по проектированию технологических процессов вытяжки низких прямоугольных коробок............................ 113

5.1.2. Рекомендации по проектированию технологических процессов многооперационной вытяжки высоких прямоугольных коробок

по схеме «овал-овал-прямоугольник»................................. 124

5.2. Технологические процессы вытяжки деталей «Полукорпус», «Полубак левый» и «Полубак правый» прямоугольного поперечного сечения............................................................. 132

5.3. Использование результатов исследований в учебном процессе... 145

5.4. Основные результаты и выводы......................................... 145

ЗАКЛЮЧЕНИЕ....................................................................... 147

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ............................. 150

ПРИЛОЖЕНИЕ 1.................................................................... 167

ПРИЛОЖЕНИЕ 2.................................................................... 192

ПРИЛОЖЕНИЕ 3.................................................................... 194

ВВЕДЕНИЕ

В различных отраслях машиностроения широкое распространение нашли полые изделия различной конфигурации (цилиндрического, квадратного и прямоугольного поперечных сечений), изготавливаемые методами глубокой вытяжки. Однооперационной вытяжкой изготавливают низкие (Нпр/В< 0,6...0,8) и многооперационной вытяжкой высокие

(Нпр 1В >0,6...0,8) коробчатые детали, где Нпр и В - высота детали с

учетом припуска на обрезку и ширина (длина) коробчатой детали прямоугольного поперечного сечения соответственно. Формы и размеры исходных заготовок и переходов устанавливают по разверткам и рекомендуемым степеням вытяжки в соответствии со справочной литературой. В зависимости от величин угловых радиусов изделий вытяжка коробчатых деталей прямоугольного поперечного сечения может осуществляться по разным схемам.

Листовой материал, подвергаемый процессам деформирования, как правило, обладает анизотропией механических свойств, которая может оказывать как положительное, так и отрицательное влияние на устойчивое протекание технологических процессов глубокой вытяжки.

В настоящее время достаточно широко изучено влияние начальной анизотропии на процесс вытяжки цилиндрических деталей. Практически не изучено влияние анизотропии на процессы вытяжки коробчатых деталей прямоугольного поперечного сечения. Имеющиеся отдельные экспериментальные материалы по вытяжке коробчатых деталей не позволяют разработать научно обоснованные рекомендации для проектирования технологических процессов вытяжки коробчатых деталей прямоугольного поперечного сечения. Теоретическое обоснование рациональных технологических режимов операций вытяжки низких и

высоких коробчатых деталей прямоугольного поперечного сечения из анизотропных материалов, обеспечивающих снижение металлоемкости, трудоемкости изготовления, сокращения сроков подготовки производства и повышения эксплуатационных характеристик, является актуальной задачей.

Работа выполнялась в соответствии с грантами Президента Российской Федерации на поддержку ведущих научных школ по выполнению научных исследований, государственными контрактами в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы Министерства образования и науки Российской Федерации, грантами РФФИ, научно-технической программой Министерства образования и науки Российской Федерации «Развитие научного потенциала высшей школы», государственным контрактам Министерства образования и науки Российской Федерации.

Цель работы. Повышение эффективности операций вытяжки коробчатых деталей прямоугольного поперечного сечения из трансверсально-изотропных материалов путем теоретического обоснования рациональных технологических режимов пластического деформирования.

Объект исследования. Процессы пластического деформирования анизотропных материалов.

Предмет исследования. Вытяжка коробчатых деталей прямоугольного поперечного сечения из трансверсально-изотропных материалов.

Методы исследования. В работе использован комплексный метод исследований, включающий теоретический анализ и экспериментальную проверку полученных результатов в лабораторных условиях. Теоретические исследования процессов вытяжки коробчатых деталей прямоугольного поперечного сечения выполнены на основе теории пластичности Мизеса-Хилла анизотропного материала. Расчет силовых режимов процессов вытяжки коробчатых деталей осуществлен исходя из экстремальной верхнеграничной теоремы. Анализ напряженного и деформированного

состояний заготовки в процессах вытяжки коробчатых деталей осуществлен численно на ЭВМ путем совместного решения приближенного дифференциального уравнения равновесия с условием пластичности анизотропного материала. Предельные возможности формоизменения оценивались по максимальной величине осевого напряжения на выходе из очага пластической деформации, феноменологическим критериям разрушения анизотропного материала, связанного с накоплением микроповреждений, и критерию локальной потери устойчивости. При проведении экспериментальных исследований использованы современные испытательные машины и регистрирующая аппаратура.

Автор защищает

- основные уравнения и соотношения, необходимые для анализа кинематики течения материала, напряженного и деформированного состояния заготовки, силовых режимов и предельных возможностей формообразования при вытяжке низких коробчатых деталей прямоугольного поперечного сечения из трансверсально-изотропных материалов;

- математические модели многооперационной вытяжки высоких коробчатых деталей прямоугольного поперечного сечения из трансверсально-изотропных материалов по схеме «овал-овал-прямоугольник»;

- результаты теоретических исследований вытяжки коробчатых деталей прямоугольного поперечного сечения из трансверсально-изотропных материалов;

установленные количественные зависимости влияния технологических параметров, анизотропии механических свойств материала на кинематику течения материала, напряженное и деформированное состояния заготовки, силовые режимы и предельные возможности деформирования по различным критериям разрушения заготовки при одно- и

многооперационной вытяжке коробчатых деталей прямоугольного поперечного сечения;

- результаты экспериментальных исследований процессов вытяжки коробчатых деталей прямоугольного поперечного сечения;

- разработанные рекомендации по проектированию технологических процессов одно- и многооперационной вытяжки коробчатых деталей прямоугольного поперечного сечения из трансверсально-изотропных материалов, обеспечивающих заданное качество их изготовления, уменьшение трудоемкости и металлоемкости деталей, сокращение сроков подготовки производства новых изделий;

- предложенные технологические процессы изготовления коробчатых деталей прямоугольного поперечного сечения «Полукорпус», «Полубак левый» и «Полубак правый» из стали 08кп.

Научная новизна: выявлены закономерности изменения напряженного и деформированного состояния заготовки, силовых режимов и предельных возможностей формообразования по максимальной величине осевого напряжения на выходе из очага пластической деформации, допустимой величине накопленных микроповреждений и критерию локальной потери устойчивости заготовки от технологических параметров и анизотропии механических свойств листового материала на основе разработанных математических моделей вытяжки коробчатых деталей прямоугольного поперечного сечения по различным схемам пластического деформирования из трансверсально-изотропных материалов.

Практическая значимость. Разработаны рекомендации по расчету технологических параметров вытяжки коробчатых деталей прямоугольного поперечного сечения из трансверсально-изотропных материалов на основе созданного пакета прикладных программ для ЭВМ.

Реализация работы. Разработанные рекомендации по расчету технологических параметров вытяжки низких и высоких коробчатых деталей

прямоугольного поперечного сечения востребованы при проектировании технологических процессов, инструмента и оснастки для изготовления деталей «Полукорпус», «Полубак левый» и «Полубак правый» на ОАО «ТНИТИ» (г. Тула). Эффективность разработанных технологических процессов связана с сокращением сроков подготовки производства, уменьшением металлоемкости заготовок, трудоемкости изготовления деталей, повышением качества за счет отказа от сварочных и доводочных работ. Отдельные результаты исследований использованы в учебном процессе при подготовке бакалавров и магистров направления 150700 «Машиностроение» профиля «Машины и технология обработки металлов давлением», а также использованы в научно-исследовательской работе студентов, при выполнении курсовых и дипломных проектов.

Апробация работы. Результаты исследований доложены на XXXVI-ХХХУ1У международных молодежных научных конференциях «Гагаринские чтения» (г. Москва: «МАТИ», 2010-2013 гг.), на международных НТК «Автоматизация; проблемы, идеи, решения» (г. Тула: «ТулГУ», 2010-2012 г.), ВНТК студентов и аспирантов «Современные технологии обработки металлов и средства их автоматизации» (г. Тула: «ТулГУ», 2010-2012 гг.), а также на ежегодных НТК профессорско-преподавательского состава ТулГУ в 2009-2013 гг.).

Публикации. Материалы проведенных исследований отражены в 8 статьях в рецензируемых изданиях, внесенных в «Перечень ВАК»; 3 статьях межвузовских сборниках научных трудов, 4 тезисах докладов на международных и Всероссийских научно-технических конференциях; общим объемом 5,4 п. л.; из них авторских - 2,68 п. л. Автор выражает глубокую благодарность д.т.н., профессору С.П. Яковлеву и д.т.н., профессору В.Н. Чудину за оказанную помощь при выполнении работы, критические замечания и рекомендации.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения и пяти разделов, заключения, списка использованных источников из 160 наименований, 3 приложений и включает 115 страниц машинописного текста, содержит 70 рисунков и 10 таблиц. Общий объем - 195 страниц.

Во введении обоснована актуальность рассматриваемой в работе задачи, ее научная новизна, практическая ценность, приведены положения, выносимые на защиту, и краткое содержание разделов диссертации.

В первом разделе изложено современное состояние теории и технологии изготовления осесимметричных и коробчатых деталей методами глубокой вытяжки, рассмотрены существующие методы анализа процессов обработки металлов давлением, показано влияние начальной анизотропии механических свойств исходного материала на технологические параметры процессов глубокой вытяжки осесимметричных и коробчатых деталей. Обоснована постановка задач исследований.

Во втором разделе приводятся основные уравнения и соотношения, необходимые для теоретического анализа напряженного и деформированного состояний анизотропной заготовки, силовых режимов, описаны модель накопления микроповреждений в процессе пластического формоизменения анизотропного материала и критерий локальной потери устойчивости (шейкообразования) трансверсально-изотропных материалов при плоском напряженном состоянии, которые в последующем используются при теоретических исследованиях.

В третьем разделе приведены разработанные математические модели операций вытяжки низких коробчатых деталей прямоугольного поперечного сечения с относительно большими, с небольшими и с малыми относительными угловыми радиусами из трансверсально-изотропных материалов. Выявлено влияние технологических параметров, анизотропии механических свойств листовых материалов на силовые режимы вытяжки низких коробчатых деталей прямоугольного поперечного сечения из трансверсально-изотропных листовых материалов.

Четвертый раздел посвящен теоретическим исследованиям вытяжки коробчатых деталей прямоугольного поперечного сечения из трансверсально-изотропного материала по схеме «овал-овал-прямоугольник». Приведены результаты теоретических исследований напряженного и деформированного состояний и предельных возможностей деформирования, связанные с максимальной величиной осевого напряжения на выходе из очага пластической деформации, допустимой величиной накопленных микроповреждений и критерием локальной потери устойчивости заготовки.

В пятом разделе диссертационной работы изложены результаты сопоставления теоретических расчетов и экспериментальных данных по силовым режимам операций вытяжки низких и высоких коробчатых деталей прямоугольного поперечного сечения; приведены разработанные рекомендации по расчету технологических параметров одно- �