Введение к работе
Актуальность работы. Листовая штамповка является одной из основных разновидностей обработки металлов давлением, которая позволяет получать їлоские и пространственные детали самых разнообразных материалов и конфигураций. Наиболее распространенным способом изготовления полых дета-іей является вытяжка в жестких штампах. Однако она не всегда может обеспе-гать эффективное получение деталей с высокими требованиями по качеству юверхности и точности (минимальная продольная разнотолщинность, допустимое утонение стенки и т.п.), характерными для изделий оборонного ком-тлекса. Вытяжка с малыми степенями деформации и применение химико-гермических операций приводит к многопереходной штамповке. Кроме того, зьлжкка некоторых листовых материалов (алюминия, тантала, ниобия и др.) ;опровождается схватыванием заготовки с инструментом. Применение способов, предотвращающих это явление (лаковые покрытия, специальные смазки, иодирование поверхностей и т.п.), повышает трудоемкость изготовления готового изделия.
Таким образом, для листовой штамповки весьма актуальна задача оптимизации технологических процессов с целью повышения их технико-экономических показателей.
Управлять технологическим процессом можно, учитывая влияние сил внешнего трения. Большой вклад в изучение механизма и физико-химической зрироды трения при пластическом деформировании внесли ученые СИ. Губкин, И.М. Павлов, Е.И. Исаченков, Л.В. Прозоров, С.Я. Вейлер, В.И. Лихтман, ^.П. Грудев, В.Л. Колмогоров, Г.Л. Колмогоров, Е.М. Макушок, В.И. Казаче-иок и др.
Наиболее ощутимый эффект в снижении сил трения можно получить, соз-тавая режим жидкостного трения. В зависимости от схемы приложешш деформирующих сил и схемы деформации режим жидкостного трения может эыгь создан либо за счет гидродинамического эффекта смазки, либо в результате принудительной подачи смазки в зону очага деформации. В работах
4 Е.И. Исаченкова и В.И. Казаченка определены реологические свойства смазок, определены условия создания режима жидкостного трения при различных операциях обработки металлов давлением.
Экранирование контактных поверхностей смазочной пленкой позволяет значительно снизить величину внешнего трения и тем самым полнее использовать пластические свойства деформируемого металла, повысить качество штампуемых детатей и стойкость инструмента. Однако в некоторых случаях вытяжки применение смазок высокой вязкости нежелательно из-за сложности их нанесения на поверхность заготовки. Маловязкие смазки в этих условиях не создают режим жидкостного трения. Возможным способом интенсификации процесса может выступить гидромеханическая вытяжка (ГМВ), основанная на принудительной подаче смазки в зону контакта заготовки с матрицей. Гидромеханическая вытяжка, предложенная и разработанная коллективом исследователей кафедры «МиТОМД» ИжГТУ под руководством профессора В.И. Казаченка (Чаузов А.С., Михайлов Ю.О., Перевозчиков С.Г., Сабрикова Т.В. и др.), обладает значительными преимуществами по сравнению с обычной вытяжкой. За счет исключения вредного влияния сил трения на участках соприкосновения заготовки с матрицей и положительного использования их на участках контакта заготовки с пуансоном процесс ГМВ позволяет повысить допустимые степени деформации за переход, сократить число штамповочных и вспомогательных операций, повысить точность вытягиваемых изделий.
Учитывая положительные стороны ГМВ, становится актуальной задача оптимизации процессов листовой штамповки с использованием гидромеханической вытяжки. ГМВ может выступать как самостоятельный процесс изготовления деталей различной конфигурации, так и сочетаться с другими формоизменяющими операциями. В последнем случае, гидромеханической вытяжкой получают качественный промежуточный полуфабрикат, а весь процесс изготовления детали становится экономически эффективнее по сравнению с базовым технологическим процессом, использующим только операции обычной вытяжки.
Решению этой задачи и посвящена данная работа.
Работа выполнялась в соответствии с отраслевыми и региональными научно-техническими программами.
Цель работы. Оптимизация процессов листовой штамповки за счет использования гидромеханической вытяжки, позволяющей заменить граничное трение заготовки по матрице жидкостным и тем самым повысить точность и качество поверхности получаемых деталей, уменьшить количество переходов вытяжки и снизить себестоимость готовых изделий.
Методы исследования. Теоретическое исследование процесса ГМВ выполнено на основе совместного решения уравнений равновесия и пластичности по безмоментной теории для плосконапряженного изотропно-упрочняющегося материала заготовки. Изменение толщины заготовки в очаге деформации рассчитано с использованием метода последовательных приближений. Анализ полученных зависимостей для гидромеханической вытяжки цилиндрических и конических деталей проведен с помощью ПЭВМ.
Экспериментальная проверка полученных теоретических положений проводилась с использованием современного испытательного оборудования, регистрирующей аппаратуры. Результаты эксперимента обрабатывались методом математической статистики.
Научная новизна работы состоит в следующем:
разработана математическая модель формоизменения заготовки при гидромеханической вытяжке цилиндрических и конических деталей, позволяющая учитывать изменение толщины заготовки в очаге деформации в зависимости от свойств материала, степени упрочнения и геометрических факторов процесса;
обосновано и конструктивно проработано устройство вытяжки, позволяющее оптимизировать усилие прижима по ходу процесса, на которое получено авторское свидетельство на изобретение;
разработана методология проектирования комплексных технологиче
ских процессов листовой штамповки, использующая в качестве основного
формоизменения гидромеханическую вытяжку, при этом учитываются критерии оптимизации технологии - либо допустимое утонение стенки детали, либо предельная степень деформации за переход;
для обеспечения оптимизации процессов листовой штамповки с использованием ГМВ разработана комплексная автоматизированная система проектирования процессов листовой штамповки с использованием гидромеханической вытяжки, позволяющая повысить качество проектирования и снизить сроки технологической подготовки производства.
Практическая ценность заключается в разработке научно обоснованной методики проектирования технологических процессов листовой штамповки с использованием гидромеханической вытяжки, позволяющей повысить качество вытягиваемых деталей и экономическую эффективность процессов.
Разработаны типовые технологические процессы гидромеханической вытяжки; результаты представлены в виде, удобном для инженерного использования; издан отраслевой стандарт.
Разработано устройство, позволяющее оптимизировать усилие прижима по ходу процесса вытяжки.
Разработана автоматизированная система проектирования, позволяющая на стадии разработки комплексных процессов с учетом принятых критериев достигать сокращения сроков проектирования, снижать себестоимость проектирования вследствие сокращения трудовых затрат, за счет повышения точности расчетов получать экономию листового металла и штамповой оснастки, решать задачу расчета технологии комплексно - от определения оптимального раскроя материала до проектирования формоизменяющих операций. Учитывая комплексный характер проектирования, для автоматизированной системы введена аббревиатура СКАТ - Система Комплексной Автоматизации Технологии листовой штамповки.
Результаты работы внедрены на предприятиях оборонного комплекса с экономическим эффектом более 500 тыс. рублей в ценах до 1991 года.
Материалы научных исследований используются в учебном процессе на кафедре «МиТОМД» Ижевского государственного технического университета в курсах «САПР технологии ОМД», «Листовая штамповка», «Основы автоматизированного проектирования», «Прогрессивные процессы обработки металлов давлением», в курсовом и дипломном; проектировании.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована использованием проверенной математической модели, сходимостью полученных теоретических и экспериментальных значений и соответствием результатам работ, выполненных другими авторами.
Апробация работы. Основные материалы работы доложены и обсуждены на республиканской научно-технической конференции «Молодежь Удмуртии -ускорению научно-технического прогресса» (г. Ижевск, 1987 г.); республиканской научно-технической конференции «Наука - производству» (г. Н.Челны, 1990 г.); научных семинарах кафедры «Машины и технология обработки металлов давлением» ИжГТУ (1996 - 1998 г.г.); всероссийской научной конференции «CAD/CAM/CAE системы в инновационных проектах» (г. Ижевск, 1998 г.); научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ИжГТУ (1994-1998 г.г.).
Экспонаты по работе демонстрировались на ВДНХ СССР и на Всероссийских выставках в городах Тольятти, Ижевске и Уфе.
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 28 печатных работах, в том числе в отраслевом стандарте, в описании к одному авторскому свидетельству на изобретение и в 9 отчетах по НИР.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, основных выводов, списка литературы и двух приложений.