Введение к работе
1.1. Актуальность работы. Электроконтактный нагрев металлов и сплавов находит широкое применение в промышленности и используется при изготовления анкерных головок арматуры строительных конструкций, нагрева порошковых материалов для их спекания и т.д.. Процесс электронагрева легко автоматизируется и совмещается (при контактном способе нагрева) с процессом деформирования заготовки.
Одной из прогрессивных технологий является
электровысадка, позволяющая получать детали сложной формы с высокой степенью точности, причем затраты материала и времени существенно ниже, чем при традиционных способах обработки. Особенно эффективен процесс электровысадки при кассовом изготовлении крепежных изделий ответственного «значения, заготовок жиклеров, толкателей топливной аппаратуры авиационных двигателей и других деталей эсесимметричной формы.
Необходимым условием осуществления процесса штамповки іа втором этапе электровысадки является строго точный юкальный нагрев только части заготовки, подвергающейся іеформации. Характер распределения температуры и ее іеличина в нагреваемой части должны быть заранее определены : учетом конфигурации получаемого изделия. Только при іьіполнєнии этого условия может быть гарантировано получение :ребуемой формы деталей без облоя и заусенцев с точно іаполненной фигурой матрицы.
Пластические свойства обрабатываемых материалов ависят в значительной степени от температурных режимов сформирования, которые из-за кратковременности второго тапа определяются стадией электроконтактного нагрева.
Существующие немногочисленные модели,описывающие
тадию электронагрева, не учитывают связанность
лектромагнитного (ЭМ) и температурного полей в объеме онтактирующих тел, базируются на решении классических адач либо о проникновении ЭМ плоской волны в олупространство, либо о распределении ЭМ поля в есконечном проводящем цилиндре и могут во многих случаях олько качественно объяснять физическую картину нагрева, еобходимость деформирования заготовки без разрушения при емпературно-силовых ограничениях, определяющих стойкость яструмента, требует знания не столько средней по объему эмпературы (так называемой "ковочной" температуры).сколько аспределения ЭМ и температурного полей и историю их эрмирования во времени.
Жесткие требования к распределению температуры в іготовке, которое зависит от ряда технологических факторов геометрии, теплофизических и электромагнитных свойств
контактирующих разнородных материалов заготовки и инструмента, силы тока и т.д.) не позволяют в большинстве случаев экспериментально подбирать технологические режимы электровысадки из-за разрушения заготовки и(или) повреждения дорогостоящего твердосплавного инструмента.
Таким образом, задача построения математической модели электроконтактного нагрева заготовок в области заготовка-инструмент, а также разработка методики определения рациональных технологических режимов электровысадки с помощью построенной модели, является весьма актуальной.
1.2. Цель работы. Целью работы является построение
математической модели электроконтактного нагрева в области
заготовка-инструмент, выявление основных закономерностей
формирования ЭМ и температурного полей, установление
основных технологических параметров, определяющих процесс
электронагрева, а также разработка методики определения
рациональных технологических режимов для электровысадки
заготовок без разрушения.
1.3. Научная новизна работы состоит в следующем:
-поставлена нестационарная связанная начально-краевая
задача термоэлектродинамики для системы осесимметричных
ферро- и парамагнитных разнородных тел - с учетом скин-
эффекта и зависимости как электромагнитных, так и
теплофизических свойств материалов от температуры;
- разработаны алгоритмы ее решения, реализованные в виде
пакета программ для персональных ЭВМ;
установлены закономерности формирования ЭМ и температурного полей в области заготовка-инструмент;
- поставлена и решена задача определения рациональных
технологических режимов электроконтактного нагрева
заготовок для высадки без разрушения;
- предложены режимы импульсного нагрева для электровысадки.
1.4.. Практическая значимость определяется разработкой эффективных алгоритмов, реализованных в виде пакета программ для персональной ЭВМ;
выявлены основные, факторы, определяющие возможность получения требуемого распределения температурного поля в заготовке;
разработана методика определения рациональных режимов электронагрева заготовки для высадки без разрушения;
построены номограммы для выбора рациональных режимов электроконтактного нагрева;
разработана методика определения электротехнических параметров заготовки, необходимых для расчета электрической цепи установки для электровысадки;
на основе решения оптимальной задачи предложены импульсные режимы электроконтактного нагрева;
- полученные результаты и методика определения рациональных
технологических режимов электровысадки заготовок внедрены
ча предприятиях АО "Инкар"(Пермский карбюраторный завод им. 4.И.Калинина!. Реальный экономический эффект составляет 30 тысяч рублей в год(в ценах 1990 г.).
1.5. Достоверность результатов работы подтверждается
ірименением обоснованных модели процесса и алгоритмов,
сорошим соответствием полученных результатов с известными в
іитературе теоретическими и экспериментальными данными.
1.6. На защиту выносятся:
математическая модель электроконтактного нагрева
-.оставных осесимметричных ферро- и парамагнитных
>азнородных тел переменным током с учетом зависимости шектро- и теплофизических свойств материалов от емпературы;
алгоритм решения связанной нелинейной начально-краевой адачи термоэлектропроводности;
методика и результаты расчетов электротехнических араметров заготовки;
методика и полученные на ее основе рациональные режимы лектроконтактного нагрева заготовок для высадки, формленные в виде номограмм;
результаты решения оптимальной задачи электроконтактного агрева заготовок (импульсные режимы) для высадки без азрушения.
1.7. Апробация работы. Основные результаты работы
окладывались и обсуждались на Всесоюзной научно-
ехнической конференции "Математическое моделирование
эхнологических процессов обработки металлов"
г.Пермь,1987г.), на 7 Всесоюзной конференции "Теплофизика
эхнологических процессов (г.Тольятти, 1988г.),на Всесоюзной
энференции "САПР в кузнечно-штамповочном производстве"
с.Свердловск,1988г.), на 1 Всесоюзной конференции
Математическое моделирование в машиностроении"
^.Куйбышев,1990г.), на городском семинаре "Нелинейная
гханика деформируемого твердого тела" под руководством
эофессора, д.т.н. Ю.И.Няшина, г.Пермь, 1987-1996г..
1.8. Публикации. Основные результаты работы
іубликованьї в 7 статьях и тезисах докладов.
1.9. Структура и объем работы. Диссертация состоит из
іедения, пяти глав, заключения, списка литературы и
наложения. Объем диссертации составляет 124 страницы и
щержит 38 рисунков. В приложении приведены копии актов
іедрения результатов, подтверждающих практическую ценность
іботьі.
