Введение к работе
Более 35 мирового производства стали на той или иной стадии Зработки подвергаются пластическому формоизменению. Повьшение ічества изделий, создание более производительных технологических ?оцессов предполагает дальнейшее развитие научно обоснованных 5ТОДОВ их анализа, обеспечивающих достоверную оценку различных іраметров. характеризующих процессы деформации. Основным требо-шием. предъявляемым к математическим моделям, является адекват->сть рассматриваемым реальным процессам.
Задачу теории обработки металлов давлением можно сформулиро-іть как построение математических моделей реальных процессов для Х)Гнозирования поведения той или иной системы в различных усло-1ях. определешіе БНЄЕКИХ регулируемых воздействий в целях дооти->ния желаемых результатов в конечном состоянии системы.
Развитию методов исследования процессов пластического формояэ-даения посвящены работы Ю. А. Алхжина. С. И. Губкина, Г. Я. Гуна. А. Ильюшина. В. Л. Колмогорова. Е. М. Накушка. Н. Н. Малинина. А. Г. ічинникова. П. И. Полухина. Е. А. Попова. Ю. Н. Работнова, В. В. жоловского. Л. Г. Степанского. М. В. Сторожева. И. Я. Тарновского. А. Толоконникова. А. Д. Томленова. Е. П. Унксова. А. И. Целикова. Я. Шофмана. СП. Яковлева. Дж.М. Александера. У. Джонсона. 0.С. нкевича. Ш. Кобаяши. К. Кудо. Д. Р. Дж. Оуэна. И. Пиллинджера. Э. >мсена. П. Хартли. Р. Хилла и других.
Необходимость совераествованяя известных и создания новых ме-ідов анализа процессов пластического формоизменения связаны, в шовном, с высокими требованиями. предъявляемыми к принимаемым теологическим решениям на стадии их проектирования.
В настоящее время широкое распространение, в том числе в сио-нах САПР, получают универсальные пакеты программ для расчета [ределенного класса задач ОВД на основе хорошо зарекомендовавших Ся математических моделей и численных методов анализа.
С другой стороны, расширение диапазона обрабатываемых ыатериа-в. стремление к более полному использованию пластических ойств. деформационного и скоростного упрочнения не снижают ак-альюсть задач по развитию общетеоретических положений, выбору иболее информативных мер деформации и определяющих уравнений, еспечиваюиих повышение точности расчета локальных и интеграль-х характеристик пластического формоизменения.
Цели работы предусматривают:
анализ процессов выдавливания, сдвига, осадки, протяжки, изга ба. кручения, прокатки полосы, слябов и рельсов с обоснование технологических рекомендации, в том числе 'по обработке давление непрерывнолитых заготовок.
обоснование, развитие и применение новбго метода расчета про цессов деформации с энергетическими характеристиками локальны деформаций, основанного на лагранжевом описании движения и общи принципах термодинамики вместо принципов статики.
вывод общих соотношений для различных условий деформации.
разработку общих методик расчета процессов установившегося и неустановившегося формоизменения, алгоритмов их расчета на ЭВМ.
обоснование достоверности получаемых результатов на примера хорошо исследованных процессов сопоставлением их с результатам опубликованных теоретических и экспериментальных исследований, также специально проведенными расчетами по МКЭ.
Идея работы заключается в переходе к новым характеристикам переменный с лагранжевым описанием процессов, предусматриваю^! возможность более точного определения обратимых и необратимы составляющих энергии при деформации частиц, критериев и.парамет ров. используемых в различных вариантах теории процессов ОМД .
Метода исследования включают; энергетический метод расчет обратимых и необратимых деформаций, упруго-пластический мето конечных элементов (МКЭ) в перемещениях, численные методы анализ и программирование- на ЭВМ. экспериментальные исследования с при ыенением метода координатных сеток, в том числа в производствен ных условиях.
Научная новизна диссертации заключается в том. что в ней впер вые;
предложены варианты практического применения энергетическог метода, в том числе уравнения и характеристики для двумерного трехмерного описания процессов плоской деформаціш. цилиндрическо системы координат с кручением заготовки вокруг одной оси, алго ритмы к программы для расчета различных процессов, в том чи;ле области упругих деформации (кручение, осадка с кручением, изгиб выдавливание, протяжка, прокатка, сдвиг, осадка кольца и др);
показана эффективность применения энергетической модели обра тимых и необратимых деформаций на примере анализа ряда процессов
частности, установлено, что энергетически нейтральный слой при «стой изгибе находится в области растянутых волокон и не совпадет о центральным слоем или нейтральным слоем деформаций. Боль-ая часть объема заготовки при скручивании находится в области іідростатического сжатия.
На защиту галюсятсл:
основные энергетические соотношения и результаты их анализа, в астности отсутствие энергетических ограничений на вид зависимос-[I средних напряжений от, параметров деформированного состояния. равнения для среднеквадратических отклонений, геометрических и нергетических характеристик при осесимметричной деформации, при вумерном и трехмерном описании плоской деформации.
особенности формулировки кинематических граничных условий для рименения в энергетической модели деформаций.
алгоритмы и программы, а также результаты расчетов для процесів выдавливания, сдвига, осадки, протяжки, изгиба, кручения, рокатки полосы, слябов и рельсов.
обоснование достоверности исходных предпосылок, основных соот-эшений. методики расчета и результатов, получаемых с помощью яергетической модели деформаций на основе их сравнения с изеєст-ьыи опубликованными данкьыи, специальными расчетами по методу энечных элементов, проведеннььш лабораторными и- промышленными кспвриментальными исследованиями, внедрением основных рекоменда-ий в производство.
новые результаты исследования процессов кручения, изгиба, а
зкже протяжки, сдвига, осадки и прокатки, в, том числе с примене-
ием метода конечных элементов. . .
внедренные в производство технологические рекомендации по со-эршенствованию технологических процессов (штамповка, прокатка). том-числе по обработке давлением непрерывнолитых заготовок.
Достовэрность результатов подтверждается :
теоретическим анализом и численной проверкой инвариантности и эрректности решений энергетическим методом.
сопоставлением результатов моделирования различных процессов э разрабатываемой и известным методикам, в том числе по методу знечных элементов, и с опубликованными другими авторами,
экспериментальными исследованиями в лабораторных и промьллен-зк условиях,
- 4 -эффективностью внедрения технологических рекомендаций.
Практическая ценность работы определяется тем. что вследствие ее выполнения:
разработана и обоснована методика расчета процессов пластического формоизменения с применением новых мер деформации и определяющих уравнений, соответствующая современным требованиям и актуальным задачам обработки металлов давлением.
внедрением рекомендаций по совершенствованию технологически процессов, в частности обработки давлением непрерывнолитых заготовок.
Виодрашшо результати диссертации включают разработку способої гибки обечаек и полос на ребро, рекомендации по режимам обжатий і выбору формы непрерывнолитых заготовок, калибровку валков универсальных клетей для прокатки рельсов.
Суммарный экономический эффект работ, выполненных и внедренньс о участием автора в период с 1979 по 1995 год. превышает 1.5 млн. рублей, при доле автора более 500 тыс рублей (в ценах IS9I года),
Теоретическое и программное обеспечение, содержащееся в диссертации, использовано в учебкой процессе в разделах курсов "Теория обработки металлов давлением" а "Физические основы, механш деформируемого твердого тела" в МГТУ "Станкин". Сибирской горно-металлургической академии (г. Новокузнецк). Донском Государственном техническом университете (г. Ростов-на-Дону).
Апробация работы проведена на следующих конференциях и семинарах: Республиканские конференции (Кишинев. І97Б. 1977. 1984). отраслевая конференция Нинчерыета (Новокузнецк. 1977). Республиканская конференция (Ворошиловград. 1979). Всесоюзная конференцій (Ярославль. 1980). Всесоюзная конференция. (Тирасполь. 1980). отраслевая конференция (Барнаул. 1981). Всесоюзная конференцій (Ростов-на-Дону. 1932). 5-ая Международная конференция (Лондон. 1990). Всесоюзный семинар (Новокузнецк, 1991). Международная конференция (Орел. 1995). Международная конференция (Новокузнецк. IS95), 1-ый Конгресс прокатчиков (Магнитогорск, 1925).
Основные результаты, вошедшие в диссертацию, были представлень также на различных научных семинарах по проблемам пластичности, обработки металлов давлением, кузкечко-итамповочного производстве и прокатки в ряде высших учебных заведений и научно-исследоватет ских институтов России а стран СНГ.
- 5 -Публикации: результаты диссертации опубликованы в 38 печатных работах, в том числе I учебном пособии, защищены 6 авторскими свидетельствами и I патентом.
Структура п объем рьбота: диссертация состоит из введения, пяти разделов, общих выводов, списка литературы из 418 наименований. 254 рисунков, 12 таблиц и приложений. Содержание изложено на 231 страницах текста.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом НИР МГТУ "СТЛНКИН" по теме "Прогрессивные технологически процессы", в рамках комплексной научно-технической программы "Новые материалы и технолопіи". проекта "Разработка и применение энергетической модели обратимых и необратимых деформаций для анализа и совершенствования технологических процессов и систем диагностирования", выделенного в конкурсе грантов 1995 года в области машиностроения.