Розробка наукових основ та розвиток технологій тримірного пластичного формозмінення металів із застосуванням методів комп'ютерного моделювання
Виконання порівняльного аналізу методів рішення об'ємних задач обробки металів тиском, розробка й удосконалення технологічних процесів прокатки профілів і кування великих злитків на основі комп'ютерного аналізу закономірностей тримірного плину металу.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | автореферат |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 07.03.2014 |
| Размер файла | 90,0 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Збільшення температури від енергії деформації розраховано за формулою:
, (12)
де t - збільшення температури в конкретному вузлі сітки за розрахункове збільшення часу ; с - питома теплоємність металу.
Результати розрахунку деформації алюмінієвих часток при високошвидкісній взаємодії з твердою основою підтверджено експериментально.
На ряді прикладів тримірної деформації показано, що на початковій стадії ударної взаємодії за рахунок інерційних навантажень інтенсифікується контактне ковзання. Це явище може утруднити схоплювання поверхневих шарів металу з інструментом, послуживши причиною інтенсифікації ковзання і на більш пізніх стадіях деформування, коли вплив інерційних навантажень уже несуттєвий. Таким чином може бути пояснена інтенсифікація контактного ковзання при зростанні швидкості навантаження, відома з експериментальних досліджень.
В усіх випадках причиною виникнення деформаційних аномалій є початкова локалізація деформації, обумовлена або інерційними навантаженнями, або початковою концентрацією напруг, як у випадку захоплення штаби валками. Однак відомо, що поверхня металу завжди має деякий рельєф, що може привести до початкової локалізації деформації. Розглянуто деформацію зразка з матеріалу, що зміцнюється і має початковий поверхневий рельєф. У цьому випадку на початковому етапі деформації відбувається зминання вершин виступів і їхнє зміцнення. На цьому етапі більш інтенсивно течуть поверхневі шари металу, форма бічної поверхні відповідає так називаній "подвійній бочці". При досягненні межі зміцнення поверхневих шарів деформація починає поширюватися усередину зразка, і в цілому її характер відрізняється від деформації зразка без рельєфу більш сильним зміцненням поверхневого шару металу. Це приводить до утруднення процесів ковзання і перетікання металу на поверхню інструмента. Розвиток деформації при осадці зразка з реологічно складного матеріалу відбувається аналогічно реологічно простому матеріалу до моменту досягнення критичної деформації. У зонах осередку деформації, де це відбулося, подальше збільшення деформації приводить до зниження опору пластичної деформації, що, у свою чергу, ініціює локалізацію деформації в цих зонах осередку деформації. Таким чином, маємо процес лавиноподібної локалізації деформації, що буде продовжуватися або до подолання ділянки деформаційного знеміцнення реологічної кривої, або до зміни схеми навантаження. Такий процес деформації приводить до формування бічної поверхні зразка у вигляді "подвійної бочки". Підтверджує зроблені висновки розрахунок, виконаний за тих самих умов, що і попередній, але без рельєфу на зразку. Результати розрахунку якісно відповідають результатам експериментальних дослідів по осадці зразків з рельєфом, виконаних Г.Г.Шломчаком.
РОЗРОБКА І ЗАСТОСУВАННЯ АВТОМАТИЗОВАНОЇ СИСТЕМИ МОДЕЛЮВАННЯ ТРИМІРНОГО ПЛИНУ МЕТАЛУ ПРИ ПРЕСУВАННІ ПРОФІЛІВ
Однією з задач, де застосування розглянутих методів доцільно з точки зору виробничої практики, є задача розрахунку тримірного плину металу при пресуванні профілів складного перерізу. Це зумовлено значним сортаментом профілів і матеріалів, властивих цьому виробництву, унаслідок чого задачі вибору оптимального розташування каналів матриці, підбора калібруючого паска і інших параметрів деформуючого інструмента є практично актуальними. Для оптимізації будемо розглядати характерну стадію пресування. Для реалізації такого підходу у виді тримірної чисельної моделі, крім проблем, розглянутих у попередніх розділах, були вирішені наступні задачі:
- автоматична генерація кінцево-елементної сітки для об'єму металу, що деформується, враховуючи контейнер, при необхідності форкамеру і профіль, що вийшов з каналу матриці, як вхідні дані при цьому береться креслення матриці, виконане в одній з CAD- систем;
- розробка алгоритму визначення по тримірному полю швидкостей інтегральних характеристик пресування - скручування і вигину на одиницю довжини, деформації профілю, утяжки його елементів;
- моделювання теплових явищ;
- розробка системи швидкого прогнозування результатів моделювання тримірного плину металу, що навчається, з метою прискорення процесів оптимізації;
- розробка алгоритмів, що дозволяють коректувати сітку кінцевих елементів з метою моделювання змін форми робочої поверхні матриці, і завдання початкової форми поверхні матриці, близької до оптимального;
- автоматизація коректування сітки кінцевих елементів з метою моделювання впливу на процес пресування робочих пасків і кутів гальмування в них.
Для аналізу теплових процесів, що відбуваються в контейнері, процес пресування розділений на дві стадії. На першій стадії, коли переріз металу, що розглядається, знаходиться досить далеко від матриці, відбувається охолодження цього перерізу в контейнері і розігрів за рахунок тертя металу об контейнер. На цій стадії задача зводиться до двомірної, оскільки градієнти температури в напрямку пресування малі. Друга стадія починається в районі значних пластичних деформацій при підході перерізу металу до каналу матриці. На цій стадії істотний вплив на теплове поле робить тримірний плин металу, деформаційний розігрів, тепло тертя і теплообмін з матрицею. У постановці, що відповідає даній фазі рішення, рівняння теплопровідності має вигляд:
, (13)
де Q потужність виділюваного тепла внаслідок пластичної деформації; а - коефіцієнт температуропроводності металу, залежить від температури t.
Рішення цього рівняння отримано за допомогою методу кінцевих елементів. Чисельна нестійкість, що виникає за рахунок наявності конвективних членів, переборювалася шляхом рішення теплової задачі на більш густій сітці кінцевих елементів і за рахунок уведення коригувальних вагових функцій.
За допомогою розробленої моделі вперше розрахунковим шляхом промодельований вплив швидкості пресування на витікання металу з каналу матриці з урахуванням теплових і механічних процесів у осередку деформації.
Однією з практичних задач, рішення якої можна виконати за допомогою розробленої тримірної моделі, є задача оптимізації положення каналу на поверхні матриці. Застосування методів оптимізації вимагає порівняно великої кількості тримірних розрахунків, що обмежено швидкістю одержання рішення. Запропоновано дворівневий підхід до процесу оптимізації положення каналу:
- вибирається перше наближення положення каналу на поверхні матриці, для цього варіанта здійснюється тримірне моделювання плину металу;
- будується наближена модель процесу пресування профілів, до якої входять емпіричні коефіцієнти, що підбираються виходячи з умови мінімуму різниці наближеного рішення і тримірного;
- виконується оптимізація положення каналу матриці за допомогою наближеної моделі (моделі другого рівня), у знайденому положенні виконується контрольний тримірний розрахунок.
Ідея моделі другого рівня полягає в наступному. Розглянемо основні закономірності плину металу через канал матриці при пресуванні профілів:
- об'єми металу, більш віддалені від осі контейнера, звичайно мають меншу швидкість витікання;
- ділянки профілю з більшою площею течуть через канал матриці більш інтенсивно;
- збільшення висоти форкамери значно впливає на плин профілю через канал матриці.
Математична модель, покладена в основу моделі другого рівня, розроблена Г.Я.Гуном, О.В.Аверченко і С.О.Стебуновим. Навчання такої моделі автори здійснювали на експериментальних даних. У даній роботі це зроблено на результатах тримірного моделювання, що дає можливість процедуру навчання і прогнозу цілком автоматизувати. Тестування моделі другого рівня показало її задовільну якість для процесів, у яких не виникає крутіння профілю.
Тестування тримірної моделі пресування містило в собі:
- тестування шляхом рішення за допомогою тримірної моделі двомірних задач і порівняння з двомірними рішеннями, отриманими на основі МКЕ і МГЕ;
- тестування на результатах експериментального дослідження процесу багатоканального пресування, виконаних Б.О.Прудковським зі співробітниками;
- порівняння з результатами промислових експериментів.
Далі виконане дослідження впливу напруг тертя на плин металу при пресуванні. Установлено, що зі збільшенням величини напруг тертя знижується залежність нерівномірності витікання металу крізь канал від положення каналу на дзеркалі матриці, що пов'язано з утворенням зон утрудненої деформації у осередку деформації.
Розглянуто вплив на процес пресування профілів робочих пасків з гальмовими кутами. До цього часу теоретичне рішення цієї задачі з урахуванням тримірного плину металу було відсутнє. Існував ряд емпіричних формул (наприклад, у роботі Матвєєва Б.И. і Журавського Е.Б., опублікованої в 1951 р.), що були недостатні для визначення розподілу висот і кутів гальмування при проектуванні пресових матриць. Дані про теоретичне урахування кутів гальмування в літературі були відсутні, оскільки дана задача не може бути зведена до одно- чи двомірної задачі, методи рішення яких у достатньому ступені розвинуті. Виконано розрахунок двоканального пресування (відповідна сітка кінцевих елементів показана на рис. 13), на одному з каналів пасок відсутній, на іншому його довжина Hk дорівнює 3 і 8 мм. На рис. 14 показана розрахункова залежність відносної швидкості витікання через канал з гальмовим паском від кута нахилу стінок паска (кута гальмування ). Там також наведені експериментальні дані, отримані Б.О.Прудковським зі співробітниками. У рішенні використаний закон тертя О.М.Леванова, у який входить нормальна контактна напруга. Одержати збіг з експериментом при використанні закону тертя Зібеля не вдалося, що зв'язано з відсутністю в цьому законі впливу нормальних контактних напруг на напруги тертя.
Розглянемо причини появи екстремумів на рис. 14. При збільшенні кута гальмування від нуля починає рости нормальна напруга на поверхні контакту паска і металу, що приводить до посилення гальмової дії паска (див. рис. 14). Далі починає позначатися зміна форми каналу. З погляду опору потоку сама неефективна форма каналу, що має найбільший опір, це форма з прямими кутами переходу з контейнера в перерізі каналу матриці (кут гальмування, що дорівнює нулю). Зміна форми каналу убік згладжування цього переходу повинна полегшувати плин металу (якщо, зрозуміло, не враховувати тертя). Отже, розрахунок при відсутності тертя повинний привести до того, що швидкість витікання з каналу з гальмовим паском буде вище швидкості плину через канал з переходом у виді прямого кута. Відсутність тертя при пресуванні експериментально реалізувати неможливо, але можна виконати математичне моделювання цього процесу, що зроблено для висоти паска 8 мм. Отриманий результат відповідає очікуваному, швидкість у каналі з кутом гальмування перевищує швидкість металу в каналі без паска. Таким чином, гальмуючий ефект виявляється через залежність напруг тертя від контактного тиску, що збільшується при збільшенні кута гальмування. При визначених кутах гальмування з'являється максимум гальмуючої дії паска. Подальше збільшення гальмового кута практично не змінює рівень напруг тертя, і гальмуючий ефект зменшується через раціоналізацію форми каналу.
УДОСКОНАЛЕННЯ ТЕХНОЛОГІЇ ПРЕСУВАННЯ ПРОФІЛІВ НА ОСНОВІ АНАЛІЗУ ТРИМІРНОГО ПЛИНУ МЕТАЛУ
У даній главі наведені приклади комп'ютерного аналізу і проектування елементів технологічного процесу пресування за допомогою розробленої моделі тримірного плину металу. Дано класифікацію процесів пресування, моделювання яких можливо за допомогою розробленої системи:
- пресування крізь плоскі матриці;
- пресування крізь плоскі матриці з форкамерою;
- пресування крізь профільні матриці;
- пресування на голці;
- багатоканальне пресування;
- пресування із симетричним розташуванням каналів.
Розглянуто ряд задач пресування профілів, рішення яких отримано за допомогою розробленої моделі.
Оптимізація форми каналу при пресуванні D-подібного профілю на оправці. На рис. 15 показане вхідне креслення матриці і рішення у виді деформованих сіток кінцевих елементів, що відповідають етапам оптимізації. На першому етапі був зміщений канал матриці, на наступних - моделювалося коректування заходної частини і робочого паска матриці.
Аналіз плину металу через матриці з перемінними пасками. На ВО "ЮГЧЕРМЕТ" була проведена серія промислових експериментів з метою зафіксувати вплив форми форкамери і робочих пасків на витікання профілю. Отримані дані були використані для тестування моделі і уточнення величини фактора тертя. Приклад зіставлення результатів розрахунку та експерименту показаний на рис. 16. Сплав, що пресується, - АД31. Глибина форкамери складала 15 мм, висота розрахункової частини контейнера прийнята 100 мм. Швидкість пресування - 4 мм/с. Коефіцієнт витяжки профілю в даному прикладі складає 130. Температура заготовки - 460 0С. Реальне скручування профілю для варіанта 3 склало 3,2 рад/м, розраховане - 4,90 рад/м.
Розглянемо приклад використання розробленої моделі при проектуванні матриці для виробництва в умовах ВО "ЮГЧЕРМЕТ" профілю 5117, зображеного на рис. 17 (а). Оптимізація положення каналу, форми форкамери і розмірів робочих пасків виконувалася шляхом моделювання тримірного плину металу. На рис. 17 (б) і (в) показані приклади рішень на різних стадіях оптимізації, що відповідають різному розподілу висот робочих пасків у матриці. На основі результатів оптимізації був спроектований ряд матриць в умовах ВО "ЮГЧЕРМЕТ".
У цілому, вибір заходів щодо вирівнювання витікання металу з каналу матриці, визначається досвідом роботи фахівця з проектування. Розроблена модель дозволяє прискорити процес проектування і коректування матриць, розрахувати параметри напружено-деформованого стану металу, що виникає при даному варіанті конструкції матриці, перевірити виникаючі припущення щодо плину металу, не прибігаючи до великого числа натурних експериментів. Зменшення числа коректувань істотно знижує експлуатаційні витрати, коефіцієнт витрати металу і підвищує продуктивність процесу пресування.
ВИСНОВКИ
У дисертації виконані нові науково обґрунтовані розробки в області процесів обробки металів тиском (пресування, прокатки і кування), що забезпечують вирішення значної прикладної проблеми: розвиток теорії і методів розрахунку процесів обробки тиском з вираженим тримірним плином металу при комплексному урахуванні його складної реології та взаємодії з деформуючим інструментом складної просторової конфігурації з метою підвищення ефективності розробки та оптимізації промислових технологій.
1. З аналізу літературних джерел випливає, що сучасний стан теорії і методів розрахунку тримірної формозміни металів у процесах обробки тиском не задовольняє запити промисловості з вірогідності результатів і рівню автоматизації розрахунків при взаємному урахуванні впливу значущих факторів. Це обмежує можливості ефективної розробки та оптимізації технологій процесів обробки металів тиском (ОМТ) і робить розглянуту проблему актуальною.
Зокрема, недостатньо були розроблені питання завдання граничних умов на контакті металу з деформуючим інструментом складної форми, урахування реологічних властивостей і нестисливості металу. Був відсутній порівняльний аналіз методів, придатних для розрахунків тримірних процесів ОМТ.
2. Розвинуто теоретичні основи розрахунку напружено-деформованого стану металу зі складною реологією в процесах його тримірного пластичного формозмінення інструментом складної форми.
Отримано нові рішення задач прокатки, осадки і пресування одно- і багатофазних матеріалів, у тому числі, при поділі потоків металу з нелінійними реологічними властивостями на основі запропонованих у роботі нових модифікацій методу граничних елементів - багатозонного методу і методу контрольного елемента, що дозволяють виконати умову нестисливості металу і домогтися високої точності рішення. Показано, що найбільший ефект застосування розроблених методів дає при описі процесів на міжфазній границі, при моделюванні силових впливів на метал і при аналізі процесів з розподілом деформації, близьким до рівномірного.
Теоретично обґрунтовано, що для розглянутих процесів ОМТ зі значною нерівномірністю деформації найбільш доцільно розробляти методи розрахунку тримірного плину металу на основі змішаного варіаційного принципу Маркова, що дозволяє виконати умову нестисливості металу і домогтися достатньої точності рішення методом кінцевих елементів. Установлено, зокрема, що при моделюванні процесів пресування через високі значення середньої напруги тільки цей підхід дозволяє одержати прийнятні за точністю результати. Стосовно до тримірних задач ОМТ розроблена методика аналізу погрішності на основі системи тестових задач, що дозволяють контролювати якість чисельного рішення на різних його етапах.
З урахуванням векторіальності напруг тертя і ковзання на контакті металу з деформуючим інструментом складної конфігурації стосовно до тримірного пластичного плину металу запропонований новий метод урахування змішаних граничних умов шляхом введення штрафних добавок у функціонал Маркова. Це дозволило, при використанні методу кінцевих елементів, в комплексі виконати урахування напрямку дії напруг тертя та умови обтікання деформуючого інструмента металом, а також ефективно моделювати процеси відриву металу від інструмента, не вдаючись до розрахунку напруг на контакті.
3. Уперше при прокатці, осадці і високошвидкісному навантаженні теоретично описаний механізм виникнення деформаційних аномалій, зв'язаних з реологічними особливостями (у тому числі вищих порядків) металу, інерційними навантаженнями і процесами його знеміцнення на контакті з деформуючим інструментом, що полягає в локальному знеміцненні металу та інтенсивному розвитку деформації в області знеміцнення.
Достовірність висновків підтверджена зіставленням результатів розрахунків з відомими експериментальними даними.
4. Уперше на основі теоретичного аналізу тримірного напружено-деформованого стану металу при прокатці досліджений механізм формування розширення з урахуванням деформації центральних шарів і утяжки кромок смуги.
На основі аналізу тримірного плину металу визначена оптимальна форма заготовки та інструмента, що забезпечують одержання необхідної просторової геометрії кінцевого профілю з урахуванням розширення смуги та її позаконтактної утяжки. Зіставлення отриманих даних з результатами виконаних експериментальних досліджень показало їхню задовільну збіжність.
5. За рахунок теоретичного обліку тримірного плину металу, його реологічних властивостей і просторової конфігурації деформуючого інструмента удосконалені методи розрахунку напружено-деформованого стану, в тому числі розтягуючих напруг в об'ємі поковки при операціях протягання і закова горловини у вирізних бойках.
Достовірність результатів розрахунку підтверджена зіставленням з існуючими експериментальними даними.
6. Уперше за допомогою тримірної моделі і з обліком реальних реологічних властивостей металу, температури і швидкості пресування теоретично досліджений спільний вплив умов тертя, розташування каналу на дзеркалі матриці, форми форкамери і робочих пасків на швидкість витікання елементів профілю та утворення зон утрудненої деформації при пресуванні.
Установлено зокрема, що збільшення напруг тертя знижує ефективність вирівнювання швидкості витікання елементів профілю методом зсуву каналу на дзеркалі матриці, що дозволило при проектуванні матриць для пресування алюмінієвих профілів, що пресуються без мастила, спростити процедуру оптимізації положення каналу на дзеркалі матриці. Достовірність результатів підтверджена розрахунками за допомогою різних методів і зіставленням з експериментальними даними.
8. Уперше з використанням рішення об'ємної задачі плину металу розроблені теоретичні основи розрахунку і виявлений механізм дії гальмуючих кутів у робочих пасках пресової матриці.
Теоретично показано, що для кожного поєднання умов пресування існує оптимальний кут гальмування, при якому вплив паска на витікання металу максимальний. Це дозволило вперше на основі аналізу тримірного плину металу теоретично визначити локальні оптимальні геометричні параметри робочих пасків по периметру каналу матриці, що забезпечують прямолінійне витікання металу при пресуванні складних профілів. Достовірність отриманих результатів підтверджена лабораторними і виробничими експериментальними дослідженнями.
9. Розроблено нову автоматизовану систему з розрахунку тримірного неізотермічного плину металу в процесах пресування складних профілів, що дозволяє задавати вихідні геометричні дані у виді графічного зображення деформуючого інструмента і заготовки, автоматично будувати сітку кінцевих елементів в об'ємі металу, що деформується, та інструмента, здійснювати вибір необхідних параметрів з бази даних.
Принцип використання системи для оптимізації процесів пресування профілів полягає в попередньому комп'ютерному аналізі впливу передбачуваних змін технології на тримірний плин металу, поля температур, напруг та інтегральні характеристики пресування.
У рамках даної системи запропонована спрощена модель, призначена для прискорення процесу оптимізації розташування каналу на дзеркалі матриці, що відрізняється можливістю навчання на результатах тримірного моделювання.
Відповідні програмні модулі ввійшли до складу програми Qform 3.0 (виробництва фірми "Квантор-Софт"), що дозволяє на основі комп'ютерного моделювання розробляти основні етапи різних технологічних процесів пластичного деформування металів і використовується на промислових підприємствах як в Україні, так і за кордоном.
10. На основі експериментальної оцінки кутів скручування і вигину профілю на виході з осередку деформації, рішення практичних задач пресування і зіставлення з виробничим досвідом проектування і коректування матриць в умовах ВО "ЮГЧЕРМЕТ" доведена можливість застосування розроблених алгоритмів і програм для прискорення процесів проектування і коректування пресових матриць при виробництві профілів складного перерізу.
З застосуванням розроблених програм виконане проектування матриць для виробництва ряду алюмінієвих профілів в умовах ВО "ЮГЧЕРМЕТ", що дозволяє заощаджувати 500-1000 грн. на виготовленні однієї матриці.
11. Результати моделювання операцій кування використані на ВАТ "Днепропресс" при розробці оптимальних режимів протягання і заковування горловини при виробництві типових виробів великої маси на пресі зусиллям 31,5 МН, що введений у дію на Ісфаханському металургійному комбінаті.
Застосування комп'ютерного аналізу тримірного плину металу дозволило, не прибігаючи до дорогих експериментів, внести корективи в передбачуваний режим обтисків, що забезпечило отримання поковок з високолегованих сталей без дефектів, зв'язаних із пластичною деформацією і, в окремих випадках, перехід на схеми кування з економією металу 16-20% (долева участь автора в економічному ефекті склала 120 тис. грн.).
12. Розроблена модель тримірного плину металу при прокатці використана при оптимізації технології виробництва кутового профілю 150х100х10 на стані 600 металургійного заводу в м. Заверче. Її подальше використання дозволяє зменшити кількість пробних прокатувань і знизити в 1,5-2 рази витрати на освоєння виробництва нових профілів.
13. Розроблено нові технічні рішення, захищені патентами, засновані на виконаних у роботі дослідженнях механізму формування розширення та утяжки елементів штаби, що забезпечують підвищення точності виконання геометричних розмірів профілю.
14. Обчислені з урахуванням реологічних особливостей матеріалів режими нанесення покрить використані в НВП "Прецизионтруб-Юг" при розробці устаткування нової ділянки напилювання поверхні труб діаметром 20-80 мм.
Результати розрахунку оптимальних режимів напилювання, виконані з застосуванням розробок автора, дозволили підвищити корозійну стійкість алюмінієвих покрить товщиною 100...120 мкм. Долева участь автора в економічному ефекті від створення нової технології і устаткування склала 110 тис. грн.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНИЙ У РОБОТАХ
Моделювання та оптимальні металургійні системи: Навчальний посібник / В.Б.Охотський, В.М.Ковшов, А.Г.Кучер, О.В.Соценко, С.Й.Пінчук, Ю.К.Літовченко, А.А.Міленін, А.І.Карнаух. - К.: ІЗМН, 1998. -156 с.
Миленин А.А. Исследование численных свойств алгоритмов метода конечных элементов применительно к трехмерным задачам обработки металлов давлением // Изв. РАН. Металлы. - 1998.- №5.- С. 33-37.
Миленин А.А. Теоретический анализ напряженно-деформированного состояния в области включения второй фазы при обработке давлением двухфазных материалов // Изв. РАН. Металлы. -1995. - №2.- С. 108-114.
Миленин А.А. Сравнительный анализ возможностей метода граничных элементов и метода конечных элементов при математическом моделировании процессов обработки металлов давлением // Изв. РАН. Металлы.- 1997. - №2. - С. 65-72.
Миленин А.А. Применение метода граничных элементов для решения некоторых задач теории прокатки // Изв. РАН. Металлы. -1997. - №5. - С. 43-48.
Миленин А.А. Математическое моделирование процесса протяжки в вырезных бойках // Кузнечно-штамповочное производство. - 1996. - №11. - С. 2-5.
Миленин А.А. Анализ механизма уширения при осадке с помощью метода конечных элементов // Изв. ВУЗов. Черная металлургия. -1994. - № 12. - С. 19-21.
Миленин А.А. Численное моделирование и оптимизация процессов прессования через матрицы с рассекателями потока металла // Проблемы вычислительной механики и прочности конструкций. - Днепропетровск: Навчальна книга. - 1998. - Т.4. - С. 105-111.
Миленин А.А. О реализации граничных условий в напряжениях при моделировании процесса прокатки методом граничных элементов // Изв. ВУЗов. Черная металлургия. - 1997. - №4. - С. 28-31.
Миленин А.А. Моделирование больших пластических деформаций двухфазных материалов с помощью метода граничных элементов // Металлофизика и новейшие технологии. - 1995. - №12. - С. 46-52.
Миленин А.А. Анализ напряженно-деформированного состояния в районе включения второй фазы при обработке давлением двухфазных композиционных материалов // Изв. ВУЗов. Черная металлургия. - 1995. - №10. - С. 13-16.
Миленин А.А. Расчет трехмерного течения металла при прессовании профилей // Проблемы вычислительной механики и прочности конструкций. - Днепропетровск: Навчальна книга. - 1998. - Т. 3. - С. 86-93.
Миленин А.А. Математическое моделирование и численный анализ высокоскоростных процессов обработки металлов давлением // Математические методы и компьютерное моделирование в исследовании и проектировании механических систем. - К.: Ин-т кибернетики НАН Украины, 1997. - С.73-81.
Миленин А.А. Исследование с помощью математической модели процесса уширения при прокатке металлов с разными реологическими свойствами // Изв. РАН. Металлы. - 1998. - №4. - С. 48-51.
Миленин А.А. О влиянии скорости движения инструмента на формоизменение металла в процессе обработки давлением // Изв. РАН. Металлы. - 1997. - №1. - С. 91-94.
Миленин А.А. Математическое моделирование деформационных аномалий, возникающих в процессах обработки металлов давлением // Доповіді НАН України. - 1997. - №3. - С. 46-52.
Миленин А.А. Математическое моделирование трехмерного течения металла при прессовании профилей // Теория и практика металлургии. -1998. -№4. - С. 39-42.
Миленин А.А. Математическое моделирование влияния параметров рабочих поясков на течение металла при прессовании // Металлургическая и горнорудная промышленность.- 2000.- №1. - C. 34-37.
Миленин А.А. Математическое моделирование операций по корректировке матриц для прессования профилей // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2000.- № 2. - C. 64-66.
Миленин А.А. Решение технологических задач прессования профилей с помощью математической модели трехмерного течения металла // Удосконалення процесів та обладнання обробки тиском в машинобудуванні та металургії. - Краматорськ.- 1999.- С. 33-36.
Миленин А.А. Математическое моделирование и решение технологических задач прессования фасонных профилей // Сталь. - 1999. - №8.- С. 57-60.
A Mathematical Model of the Process of Plastic Deformation Zone Forming for Rolling of Rheologically Complex Metals and Alloys / G.G.Slomchack, A.A.Milenin, I.Mamuzitch, F.Vodopivec // Journal of Materials Processing Technology. - Elsevier. - 1996. - №58. - P. 184-188.
Миленин А.А., Данченко Ю.В. Проектирование матриц для экструзии профилей из алюминиевых сплавов // Металл и литье Украины.- 1999. - № 11-12. - С. 36-38.
Данченко В.Н., Миленин А.А., Головко А.Н. Пластическое деформирование металлических частиц при газодинамическом напылении // Порошковая металлургия. -1998. - № 7-8. - С. 10-15.
Данченко В.Н., Миленин А.А., Головко А.Н. Теоретический анализ деформирования частиц порошка в процессе высокоскоростного напыления // Доповіді НАН України. - 1995. - №12. - С. 46-49.
Зильберг Ю.В., Миленин А.А. Анализ влияния рельефа поверхности металла на развитие пластической деформации при осадке // Теория и практика металлургии. -1997. - №3. - С. 24-26.
Zilberg Yu.V., Milenin A.A. A Study of Transformations of Surface Cavities During Upsetting // Доповіді НАН України. - 1996. - № 1. - С. 61-63.
Зильберг Ю.В., Миленин А.А. Теоретическое и экспериментальное исследование формоизменения поверхностных впадин при прокатке // Изв. Вузов. Черная металлургия. -1998. - №11. - С. 27-29.
Миленин А.А., Головко А.Н. Определение с помощью трехмерного компьютерного моделирования рациональных геометрических размеров матрицы для прессования алюминиевого профиля // Удосконалення процесів та обладнання обробки тиском в машинобудуванні та металургії. - Краматорськ.- 2000.- С. 88-91.
Миленин А.А., Дыя Х., Лесик Л.Н. Анализ процессов прокатки специальных рессорных профилей с помощью метода конечных элеменов // Nowe technologie i osiagniecia w metalurgii i inzynierii materialovej. - Seria Metalurgia, №15 - Czestochowa, 2000, P. 243-248.
Миленин А.А., Корсун П.В., Лапенко С.А. Комбинированный подход к моделированию процессов прокатки методом конечных элементов // Удосконалення процесів та обладнання обробки тиском в машинобудуванні та металургії. - Краматорськ - Слов`янськ.- 2000.- С. 37-40.
Пат. 1821002 СССР, МКИ B 21 B 1/08. Способ продольной периодической прокатки профилей типа клиновых рессорных листов / Б.Я.Дроздов, А.Н.Комаров, С.В.Коваленко, А.А.Миленин, А.Н.Литвин, И.Г.Смирнов, И.Н.Губайдуллин, В.Н.Зеленов, В.Д.Гусев (СССР). - № 4921154; Заявл. 25.03.91; Зарегистрировано 12.10.92, 3 с.
Пат. 1811654 СССР, МКИ B 21 B 1/08. Способ изготовления рессорного листа / Б.Я.Дроздов, А.Н.Комаров, С.В.Коваленко, А.А.Миленин, И.Н.Губайдуллин, В.Д.Гусев, Ю.П.Рябов, В.П.Шелковников, С.Е.Меркурьев, В.Н.Самсоненко, В.Н.Зеленов (СССР). - №4817048; Заявл. 23.04.90; Зарегистрировано 10.10.92, 3 с.
Пат. 2014915 Россия, МКИ B 21 B 1/08. Способ прокатки полос / Б.Я.Дроздов, С.В.Коваленко, А.А.Миленин (Украина), И.Н.Губайдуллин, С.Е.Меркурьев, В.Н.Самсоненко, В.Д.Гусев, В.Н.Зеленов (Россия).- №5009733; Заявл. 21.02.92, Опубл. 30.06.94, Бюл. №13. - С. 6.
Пат. 1741338 Россия, МКИ B 21 B 1/00. Способ получения рессорного листа / Б.Я.Дроздов, А.Н.Комаров, С.В.Коваленко, Миленин А.А. (Украина), И.Н.Губай-дуллин, В.Д.Гусев, Ю.П.Рябов, В.П.Шелковников, С.Е.Меркурьев, В.Н.Самсоненко, К.И.Самойлов, В.Н.Зеленов (Россия). - № 4834157; Заявл. 16.03.90; Зарегистрировано 06.05.93, 2 с.
Додатково наукові результати відображені в роботах:
Миленин А.А. Математическое моделирование трехмерных нестационарных процессов обработки металлов давлением // Труды научн. - техн. конф. “Теория и технология ОМД”. - Москва: МИСиС. - 1997. - С. 539-548.
Данченко В.Н., Миленин А.А., Головко А.Н. Исследование пластического деформирования частиц порошка при высокоскоростном напылении // Труды научн. - техн. конф. “Теория и технология ОМД”. - Москва: МИСиС. -1997. - С.489-494.
Миленин А.А. Математическое моделирование трехмерных технологических процессов пластического деформирования металлов // Труды научн. - техн. конф. “Наука, производство, предпринимательство - развитию металлургии”. - Донецк: ДонГТУ. - 1998. - С. 84-89.
Lishnij A.I., Biba N.V., Milenin A.A. Two lewels approach to the problem of extrusion optimisation // Simulation of Materials Processing: Theory, Methods and Applications. Proceedings of the 7 Int. Conf. On Numerical Methods in Industrial Forming Processes. - Enschede (Netherlands). -1998. - P. 627-631.
Миленин А.А. Компьютерный анализ особенностей формирования уширения при прокатке полосы неравномерного поперечного сечения // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2000. - № 8-9. - С. 88-90 (матеріали доповіді на конференції).
Миленин А.А. Современные методы компьютерного моделирования пространственных процессов обработки металлов давлением // Металлургическая и горнорудная промышленность. -2000. - № 8-9. - С. 22-26 (матеріали доповіді на конференції).
Головко А.Н., Миленин А.А., Данченко Ю.В. Анализ методик проектирования плоских матриц для прессования алюминия // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2000. - № 8-9. - С. 381-385 (матеріали доповіді на конференції).
Миленин А.А., Корсун П.В., Ершов С.В. Математическое моделирование прокатки в калибрах в условиях трёхмерного течения металла// Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2000. - № 8-9. - С. 56-58 (матеріали доповіді на конференції).
Миленин А.А., Подвисоцкий В.Т., Корсун П.В. Математическое моделирование трехмерного течения металла при прокатке неоднородных материалов// Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2000. - № 8-9. - С. 58-61 (матеріали доповіді на конференції).
Миленин А.А., Подвисоцкий В.Т. Моделирование процессов трехмерной деформации неоднородных материалов с помощью метода конечных элементов // Удосконалення процесів та обладнання обробки тиском в машинобудуванні та металургії. - Краматорськ.- 2000.- С. 21-23 (матеріали доповіді на конференції).
Миленин А.А., Корсун П.В., Ершов С.В. Алгоритм задания граничных условий при моделировании прокатки в калибрах методом конечных элементов // Удосконалення процесів та обладнання обробки тиском в машинобудуванні та металургії. - Краматорськ.- 2000.- С. 316-318 (матеріали доповіді на конференції).
АНОТАЦІЇ
Міленін А.А. Розробка наукових основ та розвиток технологій тримірного пластичного формозмінення металів із застосуванням методів комп'ютерного моделювання. - Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за фахом 05.03.05. - Процеси і машини обробки тиском. - Національна металургійна академія України, Дніпропетровськ, 2001.
Дисертація присвячена розвитку теорії і методів розрахунку процесів обробки тиском з вираженою тримірною течією металу. Виконані теоретичні дослідження привели до розробки нових методів урахування складної форми деформуючого інструмента і напруг тертя на контакті металу з інструментом, орієнтованих на використання при рішенні об'ємних задач ОМТ за допомогою методу кінцевих елементів. Розроблено нові шляхи застосування методу граничних елементів для рішення задач ОМТ. Уперше теоретично досліджені в об'ємі осередку деформації при прокатці, осадці і високошвидкісній обробці тиском явища виникнення деформаційних аномалій, пов'язані з реологічними особливостями матеріалів. На основі комп'ютерного аналізу тримірної течії металу розроблена і удосконалена серія технологічних процесів кування, прокатки і пресування. На базі розроблених методів аналізу об'ємної течії металу у осередку деформації створена автоматизована система моделювання процесів пресування складних профілів, призначена для підвищення ефективності проектування і коректування пресових матриць у виробничих умовах.
Ключові слова: обробка металів тиском, прокатка, пресування профілів, проектування матриць, тримірна течія металу, метод кінцевих елементів.
Миленин А.А. Разработка научных основ и развитие технологий трехмерного пластического формоизменения металлов с применением методов компьютерного моделирования. - Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.03.05. - Процессы и машины обработки давлением. - Национальная металлургическая академия Украины, Днепропетровск, 2001.
Диссертация посвящена развитию теории и методов расчета процессов обработки давлением с выраженным трехмерным течением металла. Выполнен анализ существующих методов решения объемных задач обработки металлов давлением, показаны недостатки существующих решений в части учета граничных условий на контакте металла с инструментом сложной пространственной конфигурации, влияния реологических свойств на течение металла в очаге деформации и условия несжимаемости металла.
Выполненные теоретические исследования привели к разработке новых методов учета сложной формы деформирующего инструмента и напряжений трения на контакте металла с инструментом, ориентированных на использование при решении объемных задач ОМД с помощью метода конечных элементов. Основу новых методов составляет использование метода штрафных функций для моделирования контактных условий. На базе данного подхода предложена модификация функционала смешанного вариационного принципа в части учета граничных условий, свойственных процессам обработки металлов давлением с выраженным трехмерным течением металла. Разработаны новые пути применения метода граничных элементов для решения задач ОМД.
Впервые теоретически исследованы в объеме очага деформации при прокатке, осадке и высокоскоростной обработке давлением явления возникновения деформационных аномалий, связанные с реологическими особенностями материалов. Теоретически показано, что явления деформационных аномалий в этих процессах имеют один и тот же механизм, связанный с локальным разупрочнением слоев металла и интенсивным нарастанием деформации в этих зонах. В частности, установлено, что возникновение деформационных аномалий при прокатке сопровождается ухудшением условий залечивания внутренних объемных дефектов в металле. На основе компьютерного анализа трехмерного течения металла разработана и усовершенствована серия технологических процессов ковки, прокатки и прессования. В частности, путем теоретического описания трехмерного течения металла при прокатке определены оптимальная форма заготовки и инструмента, обеспечивающие получение необходимой геометрии конечного профиля с учетом уширения металла и его внеконтактной утяжки. Выполнено моделирование напряженно-деформи-рованного состояния металла в кромках полосы при прокатке в гладких валках заготовки с выпуклым поперечным сечением. На основе результатов моделирования и экспериментальных исследований показано, что общее уширение полосы в этом процессе является результатом взаимодействия двух конкурирующих процессов - утяжки кромок и уширения центральных объемов полосы. Впервые показана возможность использования этого эффекта для разработки технологии получения полосы постоянной ширины при переменном обжатии по длине полосы.
На базе разработанных методов расчета объемного течения металла в очаге деформации разработаны научные основы расчета и оптимизации объемных неизотермических процессов прессования сложных тонкостенных профилей с большими коэффициентами вытяжки, создана автоматизированная система моделирования неизотермических процессов прессования сложных профилей, предназначенная для повышения эффективности проектирования и корректировки прессовых матриц в производственных условиях. Расчетным и экспериментальным путем установлен ряд закономерностей трехмерного течения металла при прессовании. В частности, с использованием решения объемной задачи течения металла разработаны теоретические основы расчета и выявлен механизм действия тормозных углов в рабочих поясках прессовой матрицы, теоретически показано существование оптимального угла торможения в рабочем пояске матрицы. Полученные выводы подтверждены практикой прессования и экспериментальными исследованиями.
Ключевые слова: обработка металлов давлением, прокатка, прессование профилей, проектирование матриц, трехмерное течение металла, метод конечных элементов.
Milenin А.А. Elaboration of scientific bases and development of technologies for three-dimensional plastic metal forming with application of computer simulation methods. - Manuscript.
Thesis for a doctorate in engineering sciences in speciality 05.03.05. - Processes and Machines of Metal Forming. - National metallurgical academy of Ukraine, Dniepropetrovsk, 2001.
The objective of dissertation is the development of the theory and methods of calculation in metal forming processes with strongly pronounced three-dimensional flow of metal. The theoretic researches carried out by the author have resulted in development of new methods of taking into the account of the complex form of the tool and friction stresses on the contact metal - tool with reference to the volumetric problems of metal forming using the finite element method. The new ways were developed of the boundary element method application for solution of the metal forming problems. For the first time the phenomena of deformation anomalies appearance, connected with rheologic peculiarities of materials were theoretically investigated in volume of deformation zone at rolling, upsetting and high-velocity metal forming. On the basis of the computer analysis of three-dimensional flow of metal are developed and the technological processes forging, rolling and pressing are advanced. On the basis of the computer analysis of three-dimensional metal flow the technological processes of forging, rolling and extrusion were developed and advanced. On the basis of developed methods of the volumetric metal flow analysis in the zone of deformation an automated system for the modelling of processes of the intricate shapes extrusion was created, for increase of designing and correcting of press dies effectiveness under industry conditions.
Key words: processing of metals by pressure, three-dimensional current of metal, rolling, pressing of structures, designing of dies, method of finite elements.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Пластична деформація металу, що може відбуватись ковзанням і двойникуванням. Металографічне вивчення механізму деформації. Вибір холодної і гарячої обробки металів тиском. Поперечна і беззлиткова прокатка металу. Вихідний продукт прокатного виробництва.
реферат [784,3 K], добавлен 21.10.2013Сутність електроерозійних методів обробки металу, її різновиди; фізичні процеси, що відбуваються при обробці. Відмінні риси та основні, технологічні особливості і достоїнства електрохімічних методів. Технологічні процеси лазерної обробки матеріалів.
контрольная работа [2,0 M], добавлен 15.09.2010Огляд лічильників та методів вимірювання витрати рідини. Закон електромагнітної індукції М. Фарадея. Метрологічні характеристики лічильника. Можливості застосування комп’ютерного моделювання при проектуванні вимірювального приладу електромагнітного типу.
курсовая работа [4,4 M], добавлен 15.01.2015Основи енергозберігаючих технологій заморожування і низькотемпературного зберігання плодоовочевої сировини. Математичне моделювання технологічних процесів заморожування з застосуванням теоретично визначених теплофізичних характеристик плодів і овочів.
автореферат [2,0 M], добавлен 23.03.2013Сутність термічної обробки металів, головні параметри цих процесів. Класифікація видів термічної обробки. Температурний режим перетворення та розпаду аустеніту. Призначення та види обробки сталі. Особливості способів охолодження і гартування виробів.
реферат [2,3 M], добавлен 21.10.2013Загальна характеристика сталей, технологічний процес виготовлення штампу, режими термічної обробки. Перетворення під час нагрівання, охолодження та загартування. Удосконалення технологічних процесів на основі аналізу фазово-структурних перетворень сталі.
курсовая работа [301,6 K], добавлен 08.11.2010Фабрикація слябів. Вибір схеми прокатки даного типорозміру листа із даної марки сталі. Розробка режимів обтисків. Розрахунок припустимих зусиль і моментів прокатки, швидкісного та температурного режимів. Розробка технологій прокатки товстих листів.
дипломная работа [535,8 K], добавлен 03.02.2016Використання кованих виробів в дизайні конструкцій для вуличного оздоблення та прикрашання оточуючого середовища. Характеристика сучасних методів та технологій в обробці металів. Виявлення особливостей стилеутворення та формоутворення кованих виробів.
дипломная работа [46,9 K], добавлен 24.03.2019Аналіз технологічних вимог деталі. Розрахунок операційних припусків аналітичним методом та встановлення міжопераційних розмірів та допусків. Маршрут обробки деталі. Розробка технологічних процесів. Вибір різального та вимірювального інструментів.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 08.01.2012Дослідження процесу зварювання під час якого утворюються нероз'ємні з'єднання за рахунок сил взаємодії атомів (молекул) в місці, де з'єднуються матеріали. Зварювання плавленням і зварювання тиском (пластичним деформуванням). Газове зварювання металів.
реферат [467,9 K], добавлен 21.10.2013
