Введение к работе
Актуальность работы. Математическое моделирование формообра-утощих операций обработки металлов давлением (ОМД) является эффек-ивным методом сокращения сроков освоения производства новых видов еталлопродукции, минимизации материальных и энергетических затрат и овышения её качества при производстве. Используемые в настоящее время ри математической постановке краевых задач теории пластичности фено-енологические и структурные модели деформируемых металлов, а также пределяющие уравнения теории пластического течения не позволяют в олучаемых моделях последовательно учесть историю нагружения. Наибо-ее существенные различия между моделями и реальным процессом плас-лческого формообразования наблюдаются в случае моделирования мно-эпереходных технологических процессов холодной объёмной штамповки COLLI). Эти процессы характеризуются ярко выраженным деформацион-ым упрочнением, возникновением деформационной анизотропии и слож-ым нагружением.
Одним из направлений повышения точности математических модели является учет деформационной анизотропии посредством разработки и пользования в расчетных методах теории пластичности физических молей холодной пластической деформации.
Цель работы. Повышение точности математических моделей много-реходных технологических процессов ХОШ за счет учета деформацион-й анизотропии.
2 Для достижения указанной цели в работе были поставлены и решены
следующие задачи:
-
Экспериментальное исследование диаграмм деформирования ста лей и разработка инженерной физической модели пластически деформи руемых металлов.
-
Экспериментальное исследование эффекта Баушингера при боль ших предварительных деформациях и разработка инженерной физическоі модели эффекта.
3. Исследование адекватности математических моделей холодної
пластической деформации, полученных с применением теории течения
теории изотропного материала с анизотропным упрочнением.
-
Разработка пакета прикладных программ для ПЭВМ математич* ского моделирования многопереходных технологических процессов XOL на основе метода конечных элементов с использованием разработанны моделей холодной пластической деформации.
-
Математическое моделирование, разработка и внедрение в прои водство рациональной технологии ХОШ болта 2212-1003271 из стал 20Г2Р.
Методы исследования. В качестве объекта экспериментальных и те ретических исследований были выбраны стали Юкп, 20кп, 20, 20Г2Р, ЗОГ и 38ХГНМ, которые широко используются для ХОШ крепёжных изделі Основным методом экспериментальных исследований был метод опреде ния стандартных механических свойств путём испытаний образцов на р
іжение и осадку ( ГОСТ 1497-94 ). Использовали универсальную нспыта-льную машину 1231У-10. Действительные диаграммы деформирования роили по результатам осадки цилиндрических образцов с коническими юточками на торцах, которые перед деформацией заполняли смазкой, эчность экспериментального определения характеристик механических ойств оценивали путем математической обработки результатов измерена.
На защиту выносятся следующие основные результаты:
-
Инженерная физическая модель пластически деформируемых ме-ялов (скалярное соотношение);
-
Инженерная физическая модель эффекта Баушингера при разви-ix пластических деформациях;
-
Пакет прикладных программ для ПЭВМ математического моде-ірования многопереходных технологических процессов ХОШ, разрабо-нный на основе единой физико-математической теории холодной плас-[ческой деформации;
-
Результаты математического и физического моделирования одноного растяжения стандартного цилиндрического образца и осадки ци-індра по образующей с применением изотропной и анизотропной моде-
іупрочнения;
5. Рационализированный на основе результатов численного модели-
зания технологический процесс ХОШ болта 2112-1003271 из стали
^2Р.
4 Научная новизна. В результате систематических экспериментальн]
и теоретических исследований разработана инженерная физическая моде
холодной пластической деформации металлов, позволяющая математи1
ски формулировать и решать задачи технологической пластичности в ра
ках единой физико-математической теории пластической деформации.
Применение данной модели обусловливает повышение точное
расчета многопереходных технологических процессов ХОШ, характер
зующихся возникновением деформационной анизотропии. При этом вш
вые:
-
Разработана приближённая физическая модель пластически ; формируемых металлов, удовлетворяющая требованиям, предъявляемым инженерным моделям.
-
В рамках данной модели показано, что при холодной пласт
ческой деформации металлов, у которых напряжение течения о > 231 МГ
преодоление дислокациями барьеров осуществляется чисто силовым спос бом, т.е. дислокации проталкиваются между барьерами действующим і пряжением без участия термической активации.
-
Разработана приближенная физическая модель эффекта Бауши гера при развитых пластических деформациях.
-
В рамках данной модели показано, что при больших предва}
тельных деформациях (Єі > 0,1) смена знака деформации оказывает влияі
на основные характеристики дислокационного ансамбля, т.е. эффект ушингера, в обозначенных условиях, имеет дислокационную природу. 1
5 м подтверждена известная гипотеза Орована.
5. Показано, что неучет деформационной анизотропии приводит к
зшности в определении силы деформирования и характеристик
яженного состояния в процессах холодного деформирования, равной
даже в случае простого нагружения. Погрешность при определении
стеристик деформированного состояния составляет 14%.
Практическая значимость. На основе разработанной модели холодной
ической деформации и метода конечных элементов разработан пакет
тадных программ (ППП) для ПЭВМ, обеспечивающий математическое
тирование, рационализацию и оптимизацию технологических
летров многопереходных процессов ХОШ, характеризующихся
шем упрочнения и возникновением деформационной анизотропии. С
щью данного ППП проведена рационализация технологического
хса ХОШ болта 2112-1003271 из стали 20Г2Р.
Процесс внедрен в производство с экономическим эффектом 162,7
уб. при программе болтов 22 тыс.шт. При плановой программе 2,1 млн.
(ономия составит 15,5 млн.руб. в ценах 1997 г.
>ация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на
ссийской научно-технической конференции "Технология и
'дование современного машиностроения" (Уфа, 1994), Российской
о-технической конференции "Новые материалы и технологии" (Москва,
Всероссийской научно-технической конференции "Ресурсосберега-
технологии листовой и объёмной штамповки" (Ульяновск, 1997), а
на научных семинарах Уфимского государственного авиационного
технического университета и института механики Уфимского научні центра РАН.
Публикации. Основные результаты работы опубликованы в 7 на ных трудах.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введенш глав, основных выводов, списка литературы и приложения. Она излож< на 117 страницах машинописного текста, содержит 10 таблиц, 38 рисунк Список литературы включает 74 наименования.