Введение к работе
Актуальность проблемы. Методами листовой штамповки изготавливается от 60 до 98% изделий машиностроения. Удельный вес деталей, получаемых штамповкой, составляет в приборостроении 70-75%. в автомобилестроении и производстве сельскохозяйственной техники 60-75%, в самолетостроении 75-80%, з производстве бытовых приборов 95-98%). При этом трудоемкость заготови-телыю-штамповочного производства, как правило, не велика и составляет, например, в самолетостроении 10-12%, остальное приходится на изготовление деталей другими методами, сборку, монтаж и испытания узлов, отсеков, агрегатов и изделия в целом.
Однако в зависимости от объекта и серийности производства объем технологической подготовки производства может быть достаточно большим. Так, для серийного производства среднего самолета необходимо разработать десятки тысяч технологических процессов изготовления деталей, спроектировать и изготовить 2,5-3,0 тысячи инструментальных штампов, 2,0-2,5 тысячи свинцозо-пинковых штампов, 3,5-4,0 тысячи формблоков, несколько сот обтяжных пуансонов и другой технологической оснастки.
Установлено, что 20-40% листового металла теряется уже только при разработке технологического процесса.
На выбор методов и средств листовой штамповки большое влияние оказывают свойства материала, вид заготовки-полуфабриката, форма получаемой детали и программы выпуска изделий. Несмотря на многочисленные исследования процессов листовой штамповки и вековой опыт промышленного применения, разработать оптимальный вариант технологического процесса изготовления конкретной детали представляет и в наше время достаточно сложную задачу. Это приводит к большим объемам экспериментальных и доводочных работ по корректировке технологии штамповки на этапе серийного производства.
Поэтому проблема повышения производительности труда и сбережения материальных, трудовых, интеллектуальных и иных ресурсов не только в производстве, но и на этапе его технологической подготовки является актуальной.
Эта проблема может быть решена путем разработки ресурсосберегающих технологий, где под термином "ресурсосберегающие технологии" понимают собрание законов, путей и способов, определяющих количественно-обоснованный выбор и построение технологических процессов и операций, обеспечивающих изготовление деталей при наименьших затратах труда. Разработка научно-обоснованных путей и способов создания ресурсосберегающих технологий включает в себя большой круг теоретических, экспериментальных, технологических и компыотерно-программых задач. К таким задачам, в первую очередь, относятся разработка более полных и точных математических моделей операций и разработка новых способов чистовой штамповки.
Целью диссертационной работы является изучение закономерностей пластического деформирования в операциях листовой штамповки путем математического и физического моделирования, разработка рациональных методов расчета, создание и исследование новых способов листовой штамповки деталей ;тля обеспечения ресурсосбережения как на этапах технологической подготовки производства, так и на стадии серийного производства.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
- проведены теоретические исследования процессов ЛИСТОВОЙ Ш1ІІМПОПКИ и определены методы решения поставленных задач;
разработаны обобщенные математические модели осесимметричного деформирования тонкостенных оболочек;
разработаны частные математические модели гибки одно- и многослойных листовых заготовок;
разработаны математические модели предельного деформирования листового материала;
разработаны комплексные математические модели, позволяющие производить расчет как напряженно-деформированного состояния, так и предельного деформирования листовых заготовок;
созданы компьютерные модели расчета оптимальных технологических параметров ведения ряда процессов;
разработаны новые эффективные способы деформирования и способы интенсификации традиционных процессов;
проведены экспериментальные исследования традиционных и новых способов деформирования тонкостенных полуфабрикатов.
Методы исследования, использовавшиеся в работе:
- исторический анализ развития технологии листовой штамповки;
- теоретический анализ процессов листовой штамповки с использованием
основных положений теории пластичности;
- численные методы интегрирования дифференциальных уравнений и базо
вые принципы передачи и обработки информации;
- экспериментальные методы исследования на образцах и натурных заго
товках тонколистового материала.
Научная новизна работы заключается в следующем:
- разработаны новые математические модели и методы расчета напряжен
но-деформированного состояния в процессах листовой штамповки. Полученные
модели являются более общими, точными и полными, чем известные ранее;
.- разработана новая математическая модель предельного деформирования по моменту локализации деформации. Впервые осуществлены расчеты предельного деформирования листового металла в условиях гидростатического давления ив режиме сверхпластического деформирования;
- разработаны комплексные математические модели, обеспечивающие одновременно расчеты напряженно-деформированного состояния и предельного деформирования тонкостенных полуфабрикатов.
обоснована структура алгоритмов ч программ для автоматизированного (компьютерного) моделирования операций листовой штамповки;
предложены и исследованы теоретически и экспериментально ,пути и варианты интенсификации процессов листовой штамповки, обеспечивающие ресурсосбережение.
В совокупности перечисленные научные разработки представляют собой
методы создания ресурсосберегающих технологий в процессах листовой штам
повки. - : ,
Достоверность полученных результатов подтверждается обоснованное гмо
принятых допущений, обоснованностью методов расчета и мрделиррвания. а
также успешной реализацией разработанной технологии в пррмьішлсіїном про
изводстве. .'' ",-(.. :.>>, , ..;,,.j .---. -і:
;2
Эффективность разработанных методов создания ресурсосберегающих технологий подтверждается комплексом новых технических решений ( которые были признаны изобретениями), дающими технический и экономический эффект.
Корректность математических и компьютерных моделей подтверждается их тестированием по результатам экспериментальных работ автора, литературных источников и их практическим использованием в 14 учебных, научных и промышленных организациях России.
Практическое значение работы заключается в следующем: - разработаны ресурсосберегающие способы деформирования листовых полуфабрикатов, обеспечивающие снижение трудоемкости изготовления, повышение коэффициента использования материала и получения деталей с новым комплексом свойств;
- разработаны компьютерные модели для автоматизированного расчета
оптимальных технологических параметров в операциях листовой штамповки с
учетом интенсифицирующих факторов, которые могут быть использованы на
всех стадиях проектирования и освоения новых технологических процессов в
промышленном производстве.
- получены выражения для расчета предельного деформирования заготовок
в условиях интенсификации процессов листовой штамповки;
В целом практическая ценность работы состоит в сокращении сроков технологической подготовки производства и в ресурсосбережении как на этапе технологической подготовки, так и на этапе опытного и серийного производства
изделий.
Апробация работы .Основные результаты работы были доложены соискателем и обсуждались в следующих организациях:
Год Организация Наименование конференции.семинара и т.п.
1984 КАИ Всесоюзная конференция "Механизация и
им.А.Н.Туполева автоматизация процессов формообразования и упрочнения тонкостенных деталей"
-
МВТУ Семинар "Прикладная теория пластичности им. Н.Э.Баумана и ползучести" (Рук. Н.Н. Малинин)
-
МДНТП Семинар "Достижение а области штамповки
жидкостными и эластичными средами" (Рук.Е.И.Исаченков)
1985- МАТИ им. Конференция МУ и С МАТИ
1986 К.Э.Циолковского
1986 МДНТП Семинар "Прогрессивные технологические
процессы" (Рук.Е.И.Исаченков)
1988 МАТИ им.
К.Э.Циолковск-oi о
1988 Фрунзенский
политех.инст.
20-я научно-техническая конференция МАТИ
Всесоюзная конференция "Прогрессивные методы формообразования деталей"
1989 Будапештский техн.универс.
Семинар "Расчеты предельного формоизменения листового маіериала"(Рук.И.Арпшгср)
Семинар "Лисювая и горячая объемная штамповка" (Рук.К.И.Исаченков)
1992 МВТУ Семинар "Прикладная ісория пластичности
им. Н.Э.Баумана и ползучести" (Рук.В.Л.Данилов)
1993- МАТИ им. Семинар "Технолої ня изготовления деталей
1995 К.Э.Циолковского летательных аппараюв" (Рук.В.И.Ершов)
1997 МАТИ им.
К.Э.Циолковского
Семинар "Технолої ия листовой штамповки" (Рук.А.Д. Матвеев)
Всероссийская конференция "Новые маїери-алы и технологии"
Публикации. Содержание диссертации опубликовано в 85 работах, в і ом числе в 32-х статьях, 1-ом справочнике, 6-й учебных и мегодических пособиях, в 3-х тезисах докладов, в 2-х научно-технических отчетах и в описаниях 41-ю изобретения.
Личный вклад соискателя в разработку проблемы.
Все основные научные положения, связанные с теоретическими исследованиями процессов листовой штамповки (включая расчеты напряженно-деформированного состояний и предельного формоизменения), с методами математического и компьютерного моделирования операций штамповки разработаны соискателем лично. Им же проведена большая часть экспериментальных исследований. Также соискатель лично программировал и оглаживал исходные версии компьютерных программ.
Вместе с тем, соискатель считает своим долгом выразить благодарность коллегам - сотрудникам МАТИ, работавших с ним по данной тематике: В.И. Ершову, О.В. Попову, М.Ф. Каширину, А.Д. Ковалеву, А.Г. Пашкевичу за советы н замечания, которые способствовали началу н завершению представляемой работы и программисту С.Г. Бутырину за помощь в графическом оформлении компьютерных программ.
Структура и объем диссертации . Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и материалов приложений.
Работа изложена на 230 страницах машинописною текста, содержит 156 рисунков, 21 таблицу, список литературы из 231 наименования и приложения на 98 страницах, всего 419 страниц.