Введение к работе
Актуальность темы. В связи со вступлением России во Всемирные торговые отношения важнейшей задачей промышленности является повышение конкурентноспособности выпускаемой продукции. При равных стоимости заказа и качестве продукции определяющим фактором является срок исполнения заказа, поэтому для поддержания максимальной эффективности производства требуется постоянная электронная поддержка внедряемых достижений науки и техники. Электронная поддержка касается не только совершенствования автоматизированного ведения документации (CALS-технологии), но и процесс качественного обучения персонала новым технологиям и способам их расчёта, что в последующем сократит время при оптимизации нового техпроцесса и его наладки.
Большое количество практически важных вопросов, касающихся холодного обратного выдавливания, в настоящее время достаточно хорошо изучены и основные результаты сведены в справочники и пособия. Тем не менее, проектирование новых и оптимизация существующих технологических процессов приводит к необходимости решения новых конкретных задач с учётом их специфики.
Исследуемые процессы холодного обратного выдавливания относятся к прогрессивным методам обработки металлов давлением и позволяют значительно уменьшить расход материалов, повысить качество и эксплуатационные свойства изделий, достичь высокой производительности труда. Однако использование в технологических циклах операций холодного выдавливания требует очень точного выбора режимов деформирования, геометрии рабочего инструмента, смазочных материалов, сочетания механических и пластических свойств заготовки. Поэтому каждое новое применение таких процессов в машиностроении требует ' тщательных предварительных исследований, которые облегчаются при достаточном опыте работ в этом направлении.
В работе решается актуальная научно-техническая задача, состоящая в повышении эффективности производства полых деталей с переменной толщиной стенки за счёт улучшения технологичности процесса холодного обратного выдавливания и электронного сопровождения предлагаемых методик и технологий.
Часть исследований выполнена при поддержке Российским фондом фундаментальных исследований (№ 03-01-96377, тема «Исследование закономерностей нестационарного течения при обратном выдавливании заготовок в сложнопрофильной матрице», 2003 г.) и Фондом содействия развитию малых предприятии в научно-технической сфере (2002-2004 гг.).
Цель работы: повышение эффективности производства полых деталей с
переменной толщиной стенки за счёт применения усовершенствованного
процесса обратного выдавливания. . - - . і
иос. национальная! БИБЛИОТЕКА } 2ЩШ
Задачи исследования:
-
Исследовать характер течения металла при обратном выдавливании деталей в ступенчатой матрице.
-
Разработать математическую модель, учитывающую особенности выдавливания в ступенчатой матрице.
-
Провести экспериментальные работы по оценке кинематических, деформационных и силовых параметров и условий, влияющих на качество изделий.
-
Усовершенствовать технологию получения стаканов с переменной толщиной стенки и разработать рекомендации по её проектированию.
-
Разработать средства электронной поддержки методик расчёта исследуемых процессов.
Методы исследования: макроскопические исследования поверхности образцов; энергетический метод, основанный на экстремальных принципах теории пластичности; компьютерное моделирование процесса с разработкой виртуальной установки для проведения опытов. Экспериментальные исследования проводились с использованием современных испытательных машин и регистрирующей аппаратуры.
Автор защищает:
-
Комплексную математическую модель обратного выдавливания в ступенчатой матрице, учитывающую образование утяжины.
-
Результаты исследований кинематических, деформационных и силовых параметров на промежуточной нестационарной стадии; области выдавливания, минимизирующие степень образования утяжин при различных режимах деформирования.
-
Методику расчёта технологических процессов с использованием обратного выдавливания в ступенчатой матрице и типовую технологию получения тонкостенных конусов из закаливаемых алюминиевых сплавов.
Научная повита:
-
Установлен характер течения материала при обратном выдавливании в ступенчатой матрице с выявлением промежуточной нестационарной стадии (ПН-стадии) как источника дефектообразования.
-
Предложен унифицированный комплекс разрывных полей скоростей для каждых стадии и этапа деформирования, на основе которого разработана математическая модель многоэтапного деформирования, учитывающая трение на контактных границах.
-
Найдено распределение кинематических и деформационных параметров в пластическом очаге на ПН-стадии при решении осесимметричной задачи.
-
Установлены зависимости изменения силовых, деформационных и кинематических параметров процесса от режимов формоизменения и геометрии инструмента.
5 Практическая ценность
1. Созданы алгоритм и прикладная программа расчета текущих силовых, кинематических и деформационных характеристик как для обратного выдавливания в ступенчатой матрице, включающая в себя элементы CAD/CAM/CAE-систем (имитационное моделирование, пользовательская настройка вывода расчетных данных, расчет технологических параметров, интеграция в коммерческие пакеты САПР и пр.).
-
Разработаны типовая технология получения тонкостенных конических деталей из закаливаемых алюминиевых сплавов, штамп для обратного выдавливания в ступенчатой матрице, практические рекомендации по конструированию рабочего инструмента и выбору режимов деформирования.
-
Создана мультимедийная компьютерная система с виртуальной установкой для проведения опытов, обучения и развития навыков по проектированию операций обратного выдавливания стаканов с переменной толщиной стенки.
Практическая реализация
-
Материалы диссертации использованы в опытном производстве ГУЛ «КБ Приборостроения» при проектировании новой технологической операции для получения тонкостенного конического «колпака» из закаливаемого алюминиевого сплава.
-
Разработанные компьютерные модели и виртуальная лабораторная работа внедрены в учебный процесс в курсы лекций «Компьютерное моделирование процессов холодной объёмной штамповки» и «Экспериментальные методы исследования пластической деформации» на кафедре МПФ ТулГУ.
Апробация работы. Материалы исследований настоящей работы были представлены на следующих конференциях, симпозиумах и научных выставках: СНТК ТулГУ (2000-2004 гг.), Международная молодежная научная конференция «Гагаринские чтения» (2000-2003 гг.), Вторая научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Техника XXI века глазами молодых ученых и специалистов» (2001 г.), профессорско-преподавательская конференция кафедры МПФ ТулГУ (2002-2004 гг.); второй международный конгресс студентов для молодых ученых и специалистов «Молодежь и наука - третье тысячелетие»/У8ТМ'02 (2002 г.), компьютерная выставка «Молодежь и информационные технологии - 2002/Younglnfo-2002» (2002 г.); VI-ая Всероссийская конференция студентов и аспирантов «Студенты и аспиранты - наукоемкому бизнесу» (2003 г.); I Всероссийская научно-техническая студентов и аспирантов «Идеи молодых - новой России» (2004 г.), II Международная научно-техническая конференция «Механика пластического формоизменения. Технологии и оборудование обработки материалов давлением» (2004 г.).
В результате участия в Международных и Всероссийских конференциях и конкурсах получены: медаль Министерства образования РФ «За лучшую студенческую работу» (2001 г.), большая золотая медаль выставки "Высокие технологии. Инновации. Инвестиции" (СПб, 2003 г.), диплом Российского агентства по патентным и товарным знакам за разработку виртуальной лабораторной работы (2004 г.), 2 диплома II степени и денежные премии конкурса «Компьютерный инжиниринг» (2002, 2003 гг.), диплом II степени за победу на Компьютерной выставке-презентации 'YoungInfo-2002", диплом лауреата II Международного конгресса "Молодежь и наука - третье тысячелетие"Дг8ТМ'02, диплом III степени на II научно-технической конференции "Техника XXI века глазами молодых ученых и специалистов" (2001 г.), 2 диплома лауреата Российского ползуновского гранта (2002, 2003 гг.).
Публикации. Материалы проведенных исследований отражены в 11 печатных работах
Структура и объем диссертации.
Диссертационная работа состоит из введения, четырёх разделов, заключения, списка литературы и приложения. Диссертация изложена на 115 страницах машинописного текста, содержит 98 рисунков, 4 таблицы и 117 наименований библиографического списка. Обший объём работы 152 страницы.
