Вытяжка с утонением стенки цилиндрических заготовок корпуса огнетушителя из дилатирующего материала

Чан Дык Хоан

автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.09, диссертация на тему:Вытяжка с утонением стенки цилиндрических заготовок корпуса огнетушителя из дилатирующего материала

кандидата технических наук: Чан Дык Хоан
город: Тула
год: 2013
специальность ВАК РФ: 05.02.09

Диссертация по машиностроению и машиноведению на тему «Вытяжка с утонением стенки цилиндрических заготовок корпуса огнетушителя из дилатирующего материала»

Автореферат диссертации по теме "Вытяжка с утонением стенки цилиндрических заготовок корпуса огнетушителя из дилатирующего материала"

На правах рукописи

005051464

ЧАН ДЫК ХОАН

ВЫТЯЖКА С УТОНЕНИЕМ СТЕНКИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЗАГОТОВОК КОРПУСА ОГНЕТУШИТЕЛЯ ИЗ ДИЛАТИРУЮЩЕГО МАТЕРИАЛА

Специальность 05.02.09 Технологии и машины обработки давлением

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

4 АПР 2013

Тула 2013

005051464

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет»

Научный руководитель: Журавлев Геннадий Модестович

доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты: Панфилов Геннадий Васильевич,

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет», профессор кафедры «Механика пластического формоизменения»;

Травин Вадим Юрьевич, кандидат технических наук, ОАО «НПО «Сплав», ' зам. гл. конструктора

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Государственный университет ■

учебно-научно- производственный комплекс» (г. Орел)

Защита диссертации состоится « 9 » апреля 2013 г. в 16 часов на заседании диссертационного совета Д 212.271.01 при Тульском государственном университете (300012, г. Тула, пр. Ленина, 92, ауд. 9-101).

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

Автореферат разослан « 7 »марта 2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Черняев Алексей Владимирович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Важнейшим фактором развития машиностроения является разработка новых и совершенствование существующих технологических процессов. Важную роль в составе многих сложных технологий машиностроения занимают операции обработки металлов давлением (ОМД), которые в значительной степени определяют эксплуатационные характеристики готовых изделий. К таким изделиям относятся цилиндрические детали с толстым дном и тонкой стенкой, к которым предъявляются высокие требования по прочности.

Качественное проектирование технологических процессов на базе операций ОМД основывается как на передовом производственном опыте, так и на теоретическом и экспериментальном анализах этих процессов. Проводимые исследования пластического формоизменения материалов показывают, что эксплуатационные свойства изделий зависят не только от механических характеристик, но и от физико-структурных свойств обрабатываемых материалов. К этим свойствам относится и повреждаемость материала дефектами деформационного характера, связанная с пластическим разрыхлением (или уплотнением) мезострук-туры деформируемого материала.

К числу наиболее перспективных направлений изготовления цилиндрических заготовок относится холодная штамповка, в частности, вытяжка с утонением стенки. Среди преимуществ вытяжки с утонением можно отметить: низкую энергоемкость, высокую точность и качество поверхностей изготавливаемых деталей, возможность формирования требуемых эксплуатационных свойств в готовых изделиях. Недостатком вытяжки является возникновение осевых растягивающих напряжений, способствующих развитию деформационной повреждаемости материала. Развитие и возможное слияние пор может приводить к образованию полостных дефектов, которые снижают прочностные свойства (предел прочности, предел текучести) материла готовых изделий. В связи с этим возникает научная задача по разработке рекомендаций, направленных на повышение качества изделий при интенсификации процессов вытяжки с утонением цилиндрических заготовок в многооперационной технологии путем технологического обеспечения формирования требуемых механических свойств, в том числе и деформационной повреждаемости.

В настоящее время при изучении деформационной повреждаемости значительное место занимают дилатансионные модели. Использование модели дила-тирующего материала создает возможность для анализа пластической повреждаемости в многооперационной технологии изготовления многих деталей, особенно корпусных цилиндрических, испытывающих высокое внутреннее давление и воздействие агрессивных сред, например, корпус огнетушителя. Однако эти модели еще не нашли достаточно полного применения в ОМД при определении деформационной повреждаемости обрабатываемых материалов.

Цель работы. Повышение эффективности процессов вытяжки с утонением цилиндрических заготовок путем установления теоретически обоснованных параметров пластического деформирования дилатирующих материалов, обеспечивающих получение заданной деформационной повреждаемости и связанных с ней механических свойств.

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

1. Установить определяющие соотношения для анализа осесимметричного пластического течения процессов вытяжки с утонением из дилатирующего материала.

2. Выполнить теоретические исследования процесса вытяжки с утонением цилиндрических заготовок из дилатирующего материала с определением силовых режимов, полным анализом напряжено-деформированного состояния и деформационной повреждаемости.

3. Получить зависимости влияния технологических параметров на кинематику течения материала, напряженное и деформированное состояния заготовки, силовые режимы, повреждаемость материала и предельные возможности исследуемого технологического процесса.

4. Разработать пакет прикладных программ для расчета силовых параметров, распределения деформаций, напряжений и деформационной повреждаемости в процессах вытяжки с утонением цилиндрических заготовок из дилатирующего материала.

5. Разработать рекомендации по проектированию технологических параметров процесса вытяжки с утонением цилиндрических заготовок из дилатирующего материала, обеспечивающих прогнозирование деформационной повреждаемости и связанных с ней эксплуатационных свойств.

Объект исследования. Технологические процессы вытяжки с утонением стенки цилиндрических заготовок.

Предмет исследования. Многооперационная вытяжка с утонением стенки цилиндрических заготовок корпуса огнетушителя из дилатирующего материала.

Методы исследования. Исследования операции вытяжки с утонением стенки осесимметричных деталей выполнены с использованием основных положений теории пластичности с учетом пластической дилатансии материала. Расчет силовых параметров процесса осуществлен численно методом локальных вариаций. Анализ напряженного и деформированного состояний полуфабриката в процессе вытяжки с утонением осуществлен путем совместного решения дифференциальных уравнений равновесия, уравнения состояния и основных определяющих соотношений при заданных начальных и граничных условиях. Предельные возможности формоизменения исследуемых процессов деформирования оценивались по критерию разрушения материала, связанному с накоплением микроповреждений.

Автор защищает:

- основные уравнения и соотношения процесса вытяжки с утонением цилиндрических заготовок с учетом пластической дилатансии деформируемого материала;

- результаты теоретического исследования процесса вытяжки с утонением цилиндрических заготовок из дилатирующего материала с прогнозированием деформационной повреждаемости металла;

- установленные количественные зависимости влияния технологических параметров на кинематику течения материала, напряженно-деформированное состояние и допустимую величину деформационной повреждаемости металла при вытяжке с утонением цилиндрических заготовок;

- пакеты прикладных программ для ЭВМ по расчету технологических параметров операций вытяжки с утонением цилиндрических заготовок с учетом пластической дилатансии и деформационной повреждаемости материала;

- разработанные рекомендации по проектированию технологических процессов с использованием операций вытяжки для изготовления осесимметричных заготовок с заданными эксплуатационными свойствами.

Научная новизна. Установление закономерностей изменений напряженно-деформированного состояния, деформационной повреждаемости материала от технологических параметров вытяжки с утонением стенки цилиндрических заготовок на базе использования дилатансионной модели при осесимметричном деформировании.

Практическая значимость. На основе выполненных исследований разработаны рекомендации и создан пакет прикладных программ для ЭВМ по расчету режимов технологических операций холодной вытяжки с утонением стенки цилиндрических заготовок из дилатируюших материалов, обеспечивающих интенсификацию технологических процессов, прогнозирование деформационной повреждаемости и связанных с ней эксплуатационных свойств, а также сокращение сроков подготовки производства новых изделий.

Реализация работы. Отдельные результаты диссертационной работы использованы в учебном процессе при подготовке специалистов и магистров по специальности 170104 Высокоэнергетические устройства автоматических систем и включены в разделы лекционных курсов «Технологическая механика», «Современные методы подготовки производства», а также в научно-исследовательской работе студентов при выполнении курсовых и дипломных проектов.

Апробация работы. Результаты исследований доложены на Всероссийской научно-технической конференции студентов, магистрантов, аспирантов и молодых ученых «Техника XXI века глазами молодых ученых и специалистов» (Тула, 2009, 2012), на ежегодной магистерской научно-технической конференции Тульского государственного университета (Тула, 2009, 2010), а также на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-

преподавательского состава Тульского государственного университета (Тула, 2010-2012).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 8 печатных работ, в том числе 4 работы в изданиях, входящих в Перечень рецензируемых научных журналов ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка использованных источников из 116 наименований, приложения и включает 98 страниц машинописного текста, 21 рисунков и 11 таблиц. Общий объем - 112 страниц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность рассматриваемой в работе научно-технической задачи, сформулированы цели работы, положения, выносимые на защиту, научная новизна, методы исследования, практическая значимость, приводятся данные о реализации работы, публикациях, структуре и объеме диссертационной работы, краткое содержание разделов диссертации.

В первом разделе представлен обзор современного состояния технологии и теории формообразования заготовок. Представлена конструкция огнетушителя ОУ-5. Проведен анализ различных технологических процессов изготовления

корпуса огнетушителя. Рассмотрены теоретические и экспериментальные методы исследования операции вытяжки. Исследованию процессов вытяжки посвящены многие работы отечественных и зарубежных ученых: Ю. А. Аверкиева,

A. Ю. Аверкиева, A.A. Богатова, С. А. Валиева, Г. Я. Гуна, JI. М. Качанова,

B. Л. Колмогорова, В. П. Кузнецова, С.И. Мижирицкого, И.А. Норицына, А. Г. Овчинникова, В.А. Огородникова, Е.А. Попова, C.B. Смирнова, М.В. Сторожева, И.П. Ренне, В.Н.Рогожина, Е.П. Унксова, С.П.Яковлева, С.С. Яковлева, У. Джонсона, Е. Зибеля и др. Обзор показал, что при анализе процессов вытяжки цилиндрических заготовок в основном учитываются начальные механические свойства материала и недостаточно изученными остаются вопросы пластической неоднородности и деформационной повреждаемости, существенно влияющие на силовые режимы и предельные возможности формоизменения. Актуальность их решения усиливается современным кинетическим подходом к оценке прочности изделий, получаемых методами пластического формоизменения. Поэтому разработка усовершенствованного метода анализа деформирования конструкционных материалов с учетом пластической дилатансии, позволяющей рассчитывать шаровые напряжения и прогнозировать опасность разрушения, является актуальной.

На основе проведенного обзора поставлена научная задача диссертационного исследования, состоящая в анализе процесса вытяжки с утонением цилиндрических заготовок корпуса огнетушителя с прогнозированием деформационной повреждаемости материала.

Во втором разделе даны основные соотношения и уравнения, необходимые для теоретического анализа осесимметричного пластического течения дилати-рующего материала. Пластическое течение должно удовлетворять дифференциальным уравнениям равновесия сплошной среды в системе цилиндрических координат г, z, в:

'да дт а -oO

-й.

дг dz г

ч

а также уравнению неразрывности

= 0;

'дт т да л дг г dz

=0; (1)

,ди и йу. др др

дг г дz дг ¿г где <тг,сгг,сгв,г„ - отличные от нуля компоненты тензора напряжений; - составляющие скорости перемещения вдоль оси г и - плотность среды, р = р0(ехр- с); рй - начальная плотность; е - объемная деформация (дилатан-

сия), е = ¿- скорость дилатансии; г-время.

Связи между напряжениями и скоростями деформации соответствуют гипотезе о подобии и коаксиальности девиаторов напряжений и тензора скорости деформации:

Т,=Щ=Л(а9-сг), (3)

где X = Н/2Т - коэффициент, пропорциональный мощности пластической деформации; а- среднее напряжение.

Интенсивность касательных напряжений и скоростей деформации сдвига определяется по выражениям

Условие текучести изотропного дилатирующего материала формулируется так:

/-Т - к(сг,р) = 0, (4)

где к - некоторая функция аир.

Для осесимметричного напряженного состояния дилатирующей сплошной изотропной среды используем условие текучести Грина, которое описывается кривой Ламе (рис. 1):

М-®'-""Ш-

где г - р/д > 1, р и д - соответственно четное и нечетное числа.

Рис. 1. Условие текучести Грина

В этой работе условие текучести Грина используется в виде эллипса, тогда при г = 2 имеем

/ =

(с + с)2 Г2

Я2 [Я

, .2 , гс*сКр ь аик 2\Кс-Яр) 4а1-с2

(6)

(7)

В теории пластичного формоизменения имеются соотношения ассоциированного закона течения:

Зи

дг и

= Х = 1

1 (а + с) аг-а Ь2 .

2 (ст + с) ст9-ст За2 Ь2 .

(В) (9)

d\v _ ^

2(c

3a2

c) ,

au

O-

система

^=4 ЛЦ-. dr b2

(10)

(И)

уравнений замкнута относительно функций

Рассмотренная cru,e0,v,w.

Функционал полной мощности, эквивалентный данной системе уравнений, с учетом принятых допущений принимает следующий вид:

Ф = j (as + TH)dV + J frs[vkVFk + \xVdS = 0. (12)

V F s

Составленный функционал решается методом локальных вариаций. Метод заключается в варьировании с достаточно малым шагом заданного произвольного кинематически возможного для рассматриваемых процессов формоизменения поля скоростей перемещения и нахождения, соответствующих каждому варьируемому значению поля скоростей значений мощности и выбору среди них минимального. Подобное поэтапное решение приводит в итоге к получению действительного поля скоростей перемещения, членам которого соответствуют минимальные значения мощностей, то есть к реализации первого экстремального принципа.

В качестве примера осуществлен расчет вытяжки с утонением стенки цилиндрической заготовки (диаметр наружный D, = 155 мм, диаметр внутренний с/, = 135,2 мм, толщина дна Тдн = 11,7 мм, высота Я, =191 мм, материал сталь 11ЮА (рис. 2)) со степенью деформации ц/з =0,415 при угле конусности матрицы а = 10° и коэффициентах трения цм Функционал (12) преобразуем к виду:

Рис. 2. Расчетная схема вытяжки с утонением стенки

= 0,03, = 0,07 .

ст^Г з» | и | 3 г дг

а-я [2 [ди и)2Ги ЭиЛ2 С дм диЛ2 ЗГди ЗиЛ2

где и =

а-

2-А г -о,. ~о.

2-Аг

Аг

& 2 • Дг &

дг 2-Дг

Минимизацию функционала (13) начинаем с расчета поля значений составляющей скорости перемещения вдоль оси г, используя условие неразрывности (2), из которого

Зг( ди и до др р\дг г дг д:

Выбираем достаточно малую величину шага варьирования, значительно меньшую: Аи«У0, но Ли > 0 (например, Ли =0,9), изменяем значения первоначально заданного поля скоростей на величину шага в большую и меньшую стороны (и0 ±Аи) и вычисляем значения функционала по формуле (13) при разных

значениях скорости. В результате получаем значение полной мощности деформации: ¡V =217772 Вт, используя которую определяем технологическую силу /'=1089 кН и удельную силу <?=356 МПа вытяжки с утонением и действительные поля составляющих скорости перемещения по осям г и: (рис. 3).

Используя, полученные поля составляющих скорости перемещения ии, \г1), определяли поля распределения компоненты тензора скоростей деформации ёг = ди/дг, £0 = и/г, ё. = сЫ-'/Эг, уп = ди/дт + дм/дг , интенсивность скоростей

деформации сдвига Я и интенсивность скорости деформации = н/\[з , поля

г I

распределения перемещений = = Л, где промежуток времени /

о о

определяется из реального процесса. Компоненты тензора деформаций для осе-симметричного процесса определяем по выражениям: ег = Э5г/дг; ев = 5,//-; = ; /г, = с8г/д- + дБг/дг.

Используя полученные значения, находим значение интенсивности деформации:

а) о)

Рис. 3. Составляющие скорости: а — по оси г; 6 —по оси г

Компоненты тензора напряжений определяем решением полной системы уравнений осесимметричного пластического течения изотропных дилатирующих сред с соответствующими граничными условиями в напряжениях и скоростях, включающей в себя: уравнения равновесии (1), условие неразрывности (2), условие текучести Грина (6), соотношения ассоциированного закона течения (8)-(11). Система уравнений содержит восемь уравнений относительно восьми неизвестных функций: четыре компонента напряжений ег.,<хв,сгг,г„, два компонента вектора скорости и, 11', плотность р и скалярную функцию Л.. Находили в пластической области а,Т и сгг,<тв,с7_,т^:

ЬгН

а = -с + -

Т =

\lars2 + Ь2Н2

Ъ1Н

-Т.

2еТЛ- 2 Т.

а,- = а---\5;;+—£>:

3 Н ) и Н г

г - ■ I 2ёт\х 2Т ■

" " г 9 1 з н I и я 6

2 ¿Т~\

2 Т .

3 Н ) у н

2 ёТ

2Т

(14)

Полученная система дифференциальных уравнений для анализа осесим-

метричного пластического течения процессов вытяжки с утонением из дилати-

рующего материала и использование точных методов решения позволяют проводить оценку силовых режимов с полным анализом напряженно-деформированного состояния. Расчет деформаций и напряжений дает возможность определить эксплуатационные характеристики, для чего можно использовать кривые упрочнения в графическом виде или аппроксимацию кривой упроч-

нения. Применяя положения механики рассеянной повреждаемости, можно довольно точно рассчитывать деформационную повреждаемость со, существенно влияющую на эксплуатационные свойства готовых изделий.

В третьем разделе представлен расчет механических свойств и повреждаемости в стенке корпуса огнетушителя при многооперационной вытяжке (4) с утонением стенки с одним промежуточным рекристаллизационным отжигом. Схема формирования механических свойств в многооперационной технологии изготовления корпуса огнетушителя и результаты расчета представлены на рис. 4.

Расчет повреждаемости и прогнозирование разрушения в процессе вытяжки с утонением стенки строится на оценке явления пластической дилатансии £„• (разрыхления) деформируемого материала. С моментом образования макротрещины связывается достижение величиной пластического разрыхления критического значения б,-,- , зависящего от

условий деформирования, структуры и химического состава металла. Приведенные представления позволяют ввести меру повреждаемости © согласно следующему дифференциальному уравнению:

А» = (15)

где (1(й - приращение характеристики повреждаемости материала в результате приращения ¿е{1 пластического разрыхления; £ч = (АУК-АУ0)/АУп - разрыхление металла; АУ0 = АУМС1 + АУП0 - начальный объем металла, который складывается из начального объема металла АУИП и начального объема микропор ДКЯ0; ДУк = АУМк- + АУПК - конечный объем металла, который складывается из конечного объема металла А Уик и конечного объема микропор Д Упк; £цкр - критическая дилатансия.

Материальные функции зависимости пластической дилатансии е„ от степени деформации сдвига Л целесообразно использовать в виде степенной модели = аК"'1(1К/К"пр, где Апр - предельная степень деформации

Апр= Апр(о,ца,в,Я, с(.,*•);ст - показатель напряженного состояния, определяемый как отношение гидростатического напряжения к интенсивности касательных напряжений; ¡ла - показатель Лоде, характеризующий вид девиатора напряжений (для растяжения ца =-1); в - температура; х-1 - характеристические параметры структуры, например, средний размер зерна, плотность распре-

Ов. мл*

1200

900 550 600

1-» 2-я ОГ*м4 4 -Я

сьгтяжо выте*ьа 3-* выпгжк»

яшяею

Рис. 4. Схема формирования механических свойств

деления неметаллических включений; с■ - содержание химических элементов в сплаве.

Параметры пластической дилатансии для разных образцов из конструкционной малоуглеродистой стали 10 экспериментально определены в Берлинском техническом университете Н.Д. Тутышкиным. Значения параметров пластической дилатансии приведены в таблице (ПО-О - образец в состоянии поставки, РО-О - образец после рекристаллизационного отжига).

Параметры пластической дилатансии

Параметры пластической дилатансии Малоуглеродистая стальЮ 1 Малоуглеродистая в состоянии поставки | сталь 10 после отжига

Наименование экспериментальных образцов

ПО-О РО-О

а 1,25 1,28

Ъ 0,212 0,152

При решении технологических задач диаграммы пластичности вполне удовлетворительно аппроксимируются следующей функцией: Аор =^ехр(Я5:).

г

Степень деформации сдвига определяется по формуле Л =

о

Проводимый рекристаллизационный отжиг для восстановления пластических свойств материала и «залечивания» дефектов не восстанавливает полностью исходную повреждаемость. Повреждаемость после отжига А со составляет 9... 12 %. Поэтому повреждаемость в рассматриваемой задаче т = ®[ + <аг - Д ш + а>} + <и4.

Результаты расчета численных значений деформационной повреждаемости по толщине стенки полуфабриката вытяжки из стали 11ЮА с коэффициентами 2^ = 1,975; Я = -0,55 приведены на рис. 5.

Было проведено компьютерное моделирование влияния технологических параметров (степени деформации, угла конусности матрицы, контактного трения на матрице, контактного трение на пуансоне) на деформационную повреждаемость при вытяжке с утонением стенки (рис. 6).

(1.5 11.4 0.3 о.;

¥«0,47

0.5 0.4 (О 11.2 0.1

4

а)

4

е.)

г; 5, мм

<1.5' 0.4

'и «.2 0,1

0.5 0.4 0.3 0.2 0.1

4

¡V

Й. ни

■№=<1.15 ,

Рис. 6. Влияние технологических параметров на деформационную повреждаемость: а - степени деформации; б -угла конусности матрицы; в - трения на матрице при ри=0,07; г —трения на пуансоне при цм=0,03

При увеличении степени деформации от 0,27 до 0,57 накопленная повреждаемость увеличивается на величину 0,29, а при увеличении угла конусности матрицы от 6 до 15° повреждаемость увеличивается на величину 0,05. При увеличении коэффициента трения заготовки-матрицы от 0,03 до 0,15 повреждаемость увеличивается на 0,08, а при увеличении коэффициента трения заготовки-пуансона от 0,03 до 0,15 повреждаемость уменьшается на величину 0,03.

Полученные результаты по изучению динамики повреждаемости позволяют сделать следующие выводы. Наибольшее влияние на величину повреждаемости материала при изготовлении цилиндрических изделий вытяжкой с утонением из углеродистых сталей оказывает степень деформации, при этом наиболее существенно повреждаемость увеличивается в зонах контакта детали с инструментом.

В четвертом разделе представлены методика проектирования технологического процесса изготовления корпуса огнетушителя ОУ-5 многооперационной вытяжкой с утонением и расчет инструмента.

На основании исследований разработаны рекомендации по расчету технологических параметров операции холодной вытяжки с утонением из конструкционной стали исходя из условия непревышения допустимой меры повреждаемости. Следует отметить, что при расчете корпуса огнетушителей должна подразумеваться минимальная последующая механическая обработка и требуется

получение не только необходимых геометрических размеров, но и заданных эксплуатационных характеристик готового изделия.

Основные этапы разработки технологического процесса:

— предварительный выбор схемы деформирования в зависимости от конструкции детали;

— выбор исходной заготовки, расчет ее размеров;

— расчет количества операций на основании полученных рекомендаций и составление технологического процесса;

— определение силовых, деформационных характеристик и пластической повреждаемости на операциях с целью установления предельных степеней формоизменения;

— разработка конфигурации рабочей части инструмента с учетом специфики течения металла в процессе деформирования, контактного трения и структурных характеристик материала.

Данная методика иллюстрируется на типовом примере изготовления корпуса огнетушителя ОУ-5. На рис. 7 показаны переходы предлагаемого технологического процесса.

Предложенную схему технологического процесса можно реализовать в серийном производстве, так как использованные при ее разработке рекомендации позволяют за счет выбора технологических параметров изготавливать изделия с заданной прочностью, требуемого качества путем прогнозирования деформационной повреждаемости и эксплуатационных свойств.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В работе решена актуальная научная задача, имеющая важное хозяйственное значение для отраслей машиностроения и состоящая в интенсификации

1. Выруб к*

О\jopva е хаггг (■: пр?сс 25^6

-4000 кН

1, Отжег кружм

Со Сру?9 2ШЗГ ко нх^аар кзх }■ хкгр опгчъ СКЗ -

з«иы5 мЧде

5, Травлешв*

ПродьздХ ОСеЗЭДЖВВМШЗ

Суша

Оо орудо ваяна.: гидр о смпс^ траякьнок линии КТА-1

4. Быткжка шрмя

$. Вытааза вторая

Ооерузомявяпргес КЖ 2534 — 2500 кН

Оэсрудованн?: пр«сс КН

Ш0-1000«Я

Огхнг

Ооерудованнд: хснмигр-ац э^гпропзчь СО -

14.6Э.З/7-Х65. одаро«* ддщ 5 гл^ао

7.

Промыька

Оо*2ВЯЗЗКЗН2*

Суша

Ооорузсиоск*; мил ива МР-500, УЧ^-^МТУРЧ^ првшводи-хгльвсеть 1300 хт-члс.

в. Вьггяжи третья

5, Битшз

Оборудование: пргсс ЕЯ

2212-1(00 >Н

Оворудоадои; арке ЗШ-ЮООШ

Рис. 7. Технологический процесс изготовления корпуса огнетушителя многооперационной вытяжкой

процессов вытяжки с утонением стенки цилиндрических заготовок в многооперационной технологии и повышении качества готовых изделий путем использования эффекта пластической дилатансии, обеспечивающего возможность прогнозирования деформационной повреждаемости и формирования механических свойств материала.

В процессе теоретического и экспериментального исследований процесса вытяжки с утонением стенки цилиндрических заготовок получены следующие основные результаты и сделаны выводы:

1. Установлены определяющие соотношения и уравнения для анализа осе-симметричного пластического течения дилатирующего материала в процессах вытяжки с утонением, позволяющие методом локальных вариаций определить кинематику, напряженно-деформированное состояние, мощность и силу пластической деформации, оценить деформационную повреждаемость и формируемые механические свойства.

2. Выполнен теоретический расчет процесса вытяжки с утонением цилиндрических заготовок из дилатирующего материала с определением силовых режимов, анализом напряжено-деформированного состояния и прогнозированием деформационной повреждаемости металла и получаемых механических свойств.

3. Проведено компьютерное моделирование процесса вытяжки с утонением, позволившее установить влияние технологических параметров, степени деформации вытяжки, угла конусности матрицы, коэффициентов трения на заготовке и инструменте на повреждаемость материала.

Наибольшее влияние на деформационную повреждаемость детали оказывает степень деформации вытяжки при изменении у/ = 0,27...0,57, тогда а увеличивается на величину 0,29.

Выявлено, что повреждаемость материала неравномерно распределяется по толщине стенок детали. Наибольшая величина повреждаемости а)гах= 0,23 в слоях на контакте с инструментами

При вытяжке с утоненнем стенки толстостенных заготовок установлены оптимальные углы конусности матрицы: для малых степеней деформации — 8...14°; для больших степеней деформации - 14...18°. Им соответствует наименьшая величина технологической силы.

Оптимальным является выбор различных коэффициентов трения на матрице и пуансоне: =0,03;/^ =0,07

4. Разработан пакет прикладных программ для расчета силовых параметров, распределения деформаций, напряжений, деформационной повреждаемости в процессах вытяжки с утонением цилиндрических заготовок из дилатирующего материала, позволяющий уменьшить время проведения технологических расчетов и сократить сроки освоения выпуска продукции.

5. Разработаны рекомендации по проектированию технологических процессов изготовления цилиндрических заготовок вытяжкой с утонением стенки. Спроектирован технологический процесс изготовления корпуса огнетушителя многооперационной вытяжкой с утонением. Технико-экономическая эффективность предлагаемого технологического процесса связана с повышением прочности и качества изготавливаемых изделий за счет уменьшения деформационной

повреждаемости и снижения трудоемкости изготовления на 9 %.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОТРАЖЕНО В ПУБЛИКАЦИЯХ

1. Чан Дык Хоан, Тутышкин Н.Д. Компьютерное моделирование процесса вытяжки // Техника XXI века глазами молодых ученых и специалистов: материалы докладов Всероссийской НТК студентов, магистрантов, аспирантов и молодых ученых. -Тула: Изд-во ТулГУ, 2009 - С. 161-166.

2. Чан Дык Хоан. Кинетический подход к анализу деформационной повреждаемости металлов // IV магистерская научно-техническая конференция Тульского государственного университета: сборник докладов / под общей редакцией д-ра техн. наук, проф. Ядыкина Е.А. - Тула: Изд-во ТулГУ, 2009. - С. 281-283.

3. Чан Дык Хоан. Методика расчета поврежденности деформируемого материала // V магистерская научно-техническая конференция: доклады статьей / под ред. Ядыкин Е.А. - Изд-во ТулГУ, Тула 2010. - 4.1. - С. 63-64.

4. Чан Дык Хоан, Журавлев Г.М. Подход к решению задач пластического формоизменения деталей из дилатирующих материалов И Известия ТулГУ. Технические науки - Тула: Изд-во ТулГУ. 2011. - Вып. 6 - 4.2. - С. 301309.

5. Чан Дык Хоан, Журавлев Г.М. Технология изготовления корпуса огнетушителя из листового металла вытяжкой // Известия ТулГУ. Технические науки - Тула: Изд-во ТулГУ. 2011. - Вып. 6. - 4.2. - С. 310-318.

6. Чан Дык Хоан. Расчет повреждаемости на вытяжных операциях // Известия ТулГУ. Технические науки - Тула: Изд-во ТулГУ. 2012. - Вып. 4. - С. 111-120.

7. Чан Дык Хоан. Расчет энергосиловых параметров процесса вытяжки с утонением стенки // Известия ТулГУ. Технические науки - Тула: Изд-во ТулГУ. 2012. - Вып. 4. - С. 102-111.

8. Чан Дык Хоан. Методика расчета процесса вытяжки с утонением стенки цилиндрического полуфабриката // Техника XXI века глазами молодых ученых и специалистов: материалы докладов всероссийской НТК студентов, магистрантов, аспирантов и молодых ученых. - Тула: Изд-во ТулГУ, 2012 - С. 330-335.

Изд.лиц.ЛР N2 020300 от 12.02.97. Подписано в печать 6.03.2013 Формат бумаги 60x84 Vie- Бумага офсетная. Усл.печ. л. 0,9 Уч.изд. л.0,8 Тираж 100 экз. Заказ 005 Тульский государственный университет. 300012, г. Тула, просп. Ленина, 92. Отпечатано в Издательстве ТулГУ. 300012, г. Тула, просп.Ленина, 95.

Текст работы Чан Дык Хоан, диссертация по теме Технологии и машины обработки давлением

ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет»

На правах рукописи

04201355597

ЧАН ДЫК ХОАН

ВЫТЯЖКА С УТОНЕНИЕМ СТЕНКИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЗАГОТОВОК КОРПУСА ОГНЕТУШИТЕЛЯ ИЗ ДИЛАТИРУЮЩЕГО МАТЕРИАЛА

Специальность 05.02.09 Технологии и машины обработки

давлением

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Г.М. Журавлев

Тула 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.................................................................................................................3

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ТЕОРИИ ДЕФОРМИРОВАНИЯ, ВЫСОКОПРОЧНЫХ ДИЛАТИРУЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ........................................................................................................11

1.1. Конструкции огнетушителей.................................................................12

1.2. Технологии изготовления корпуса огнетушителя..............................16

1.3. Методы анализа процессов операции вытяжки..................................20

с утонением стенки............................................................................................20

1.4. Основные выводы и постановка задач исследования.........................30

2. ВЫТЯЖКА С УТОНЕНИЕМ КОРПУСА ОГНЕТУШИТЕЛЯ.............31

2.1. Основные соотношения для осесимметричного пластического течения дилатирующих материалов................................................................31

2.2. Расчет силовых режимов методом локальных вариаций...................36

2.3. Анализ деформированного и напряженного состояния.....................50

2.4. Основные результаты и выводы...........................................................60

3. ФОРМИРОВАНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ В ПРОЦЕССЕ ВЫТЯЖКЕ С УТОНЕНИЕМ.......................................................62

3.1. Компьютерное моделирование по определению влияния основных ...62 технологических параметров операции вытяжка..........................................62

3.2. Формирование заданных механических свойств....................................63

3.3. Прогнозирование деформационной повреждаемости............................64

4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ....................80

4.1. Методика проектирования технологического процесса.....................80

изготовления корпуса огнетушителя вытяжкой............................................80

4.3. Расчет инструмента для вытяжных операций.....................................85

4.5. Технологический процесс изготовления корпуса огнетушителя......89

4.6. Использование результатов исследований..........................................93

4.7. Основные результаты и выводы...........................................................93

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.......................................................................................................95

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ...............................................97

ПРИЛОЖЕНИЕ 1..................................................................................................108

ПРИЛОЖЕНИЕ 2..................................................................................................124

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Важнейшим фактором развития машиностроения является разработка новых и совершенствование существующих технологических процессов. Важную роль в составе многих сложных технологий машиностроения занимают операции обработки металлов давлением (ОМД), которые в значительной степени определяют эксплуатационные характеристики готовых изделий. К таким изделиям относятся цилиндрические детали с толстым дном и тонкой стенкой, к которым предъявляются высокие требования по прочности.

Качественное проектирование технологических процессов на базе операций ОМД основывается как на передовом производственном опыте, так и на теоретическом и экспериментальном анализах этих процессов. Проводимые исследования пластического формоизменения материалов показывают, что эксплуатационные свойства изделий зависят не только от механических характеристик, но и от физико-структурных свойств обрабатываемых материалов. К этим свойствам относится и повреждаемость материала дефектами деформационного характера, связанная с пластическим разрыхлением (или уплотнением) мезоструктуры деформируемого материала.

К числу наиболее перспективных направлений изготовления цилиндрических заготовок относится холодная штамповка, в частности, вытяжка с утонением стенки. Среди преимуществ вытяжки с утонением можно отметить: низкую энергоемкость, высокую точность и качество поверхностей изготавливаемых деталей, возможность формирования требуемых эксплуатационных свойств в готовых изделиях. Недостатком вытяжки является возникновение осевых растягивающих напряжений, способствующих развитию деформационной повреждаемости материала. Развитие и возможное слияние пор может приводить к образованию полостных дефектов, которые снижают прочностные свойства (предел прочности, предел текучести) материла готовых

изделий. В связи с этим возникает научная задача по разработке рекомендаций, направленных на повышение качества изделий при интенсификации процессов вытяжки с утонением цилиндрических заготовок в многооперационной технологии путем технологического обеспечения формирования требуемых механических свойств, в том числе и деформационной повреждаемости.

В настоящее время при изучении деформационной повреждаемости значительное место занимают дилатансионные модели. Использование модели дилатирующего материала создает возможность для анализа пластической повреждаемости в многооперационной технологии изготовления многих деталей, особенно корпусных цилиндрических, испытывающих высокое внутреннее давление и воздействие агрессивных сред, например, корпус огнетушителя. Однако эти модели еще не нашли достаточно полного применения в ОМД при определении деформационной повреждаемости обрабатываемых материалов.