Совершенствование технологии процесса гидроэластичной вытяжки деталей цилиндрической формы

Размещено на http://www.allbest.ru/

[Введите текст]

На правах рукописи

Дресвянников Денис Георгиевич

Совершенствование технологии процесса гидроэластичной вытяжки деталей цилиндрической формы

Специальность 050305 «Технология и машины обработки давлением»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Ижевск 2007



Работа выполнена в ГОУ ВПО «Ижевский государственный технический университет».

Научный руководитель: Официальные оппоненты: Ведущая организация:	доктор технических наук, профессор Михайлов Ю. О. доктор технических наук, профессор Щенятский А. В. кандидат технических наук Смирнов В. Е. Научно-исследовательский технологический институт «Прогресс»

Защита состоится «11» мая 2007 г. в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д212.065.02 в Ижевском государственном техническом университете по адресу: 426069, г. Ижевск, ул. Студенческая, 7.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ижевского государственного технического университета.

Автореферат разослан 28 марта 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор Беневоленский И.Е.



ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. При изготовлении спецдеталей и полуфабрикатов под ротационную вытяжку из высоколегированных сталей типа 30ХГСА, ВП28, ВП30, СП28Ш, алюминиевых сплавов типа А95, АМг6БМ, АМг5М и жаропрочных сталей 09Х16Н4Б, 12Х18Н10Т, мартенситностареющих сталей ЧС4-ИД и др. предъявляются высокие технические требования по точности, равнопрочности, структуре материала и качеству поверхности.

Для данных металлов при вытяжке в жестких штампах характерно явление схватывания. Схватывание металлов приводит к образованию задиров на поверхностях заготовки, а в ряде случаев - и к их разрушению.

Одним из путей интенсификации технологии, повышения качества и снижения брака деталей из листовых заготовок является использование процесса гидроэластичной вытяжки.

Гидроэластичная вытяжка обеспечивает возможность получения деталей из высокопрочных металлов и сплавов, обладающих высокими механическими характеристиками, за одну операцию вытяжки из листовых заготовок диаметром до 1000 мм. Процесс вытяжки гидроэластичной матрицей значительно отличается от традиционных технологических процессов глубокой вытяжки тем, что в качестве деформирующего инструмента используется эластичная мембрана, разделяющая заготовку и жидкость высокого давления, давление которой регулируется по ходу процесса.

Специальная диафрагма, не только деформирует заготовку под действием гидростатического давления жидкости по жесткой части штампа, но одновременно служит и прижимом листовой заготовки.

Данный процесс («Флюид-форм») был разработан фирмой SAAB-SCANIA АВ (Швеция) в начале 1950-х годов. Этот процесс был задуман как способ изготовления деталей самолетов и реактивных двигателей. В нашей стране исследованием данного процесса занимался Н. М. Бирюков, который на основе ряда допущений аналитически получил обобщенную зависимость величины давления эластичной матрицы q по ходу процесса вытяжки.

В трудах отечественных ученых С.И. Губкина, Е.И. Исаченкова, В.Л. Колмогорова, С.Я. Вейлера, В.И. Казаченка и др., а также зарубежных - Ф.П. Боудена, Д. Тейбора - доказано, что существенного изменения вида напряженного состояния, а заодно и распределения деформаций в объеме заготовки можно достичь, регулируя контактное трение.

Силы внешнего трения вызывают значительную неоднородность деформированного состояния, что приводит к возникновению остаточных напряжений. Роль внешнего напряжения особенно велика при листовой штамповке, поскольку для данного процесса характерно большое отношение площади поверхности контакта заготовки с рабочим инструментом к общей площади, деформируемой заготовки.

Роль трения на одних участках контакта может быть положительной, на других отрицательной. Вытяжка жестким пуансоном по эластичной матрице обладает рядом преимуществ по сравнению с обычной вытяжкой в жестких штампах, так как при вытяжке гидроэластичной матрицей по жесткому пуансону силы трения, действующие по поверхности контакта мембраны и заготовки, оказывают положительное влияние, а силы трения, действующие по поверхности контакта заготовки и прижима, - отрицательное.

При этом достигается высокая точность штампуемых деталей, повышается качество их поверхности. При оптимальном законе изменения давления эластичной диафрагмы по ходу процесса максимальное утонение находится в пределах 15 % от исходной толщины заготовки.

В настоящее время в научно-технической литературе нет систематизированных и достаточно обоснованных сведении о напряженно-деформированном состоянии при гидроэластичной вытяжке указанного класса деталей, обоснований предельных коэффициентов вытяжки деталей и полуфабрикатов, о величине оптимальных давлений прижима и характере его изменения по ходу процесса, а также о величине утонения в опасном сечении.

Утонение заготовки в опасном сечении не только ограничивает предельное формоизменение, но и в связи со специфичностью изготовляемых в отрасли деталей, приводит к росту брака. Поэтому представляет большой интерес задача по определению максимального утонения полуфабриката на первом переходе гидроэластичной вытяжки цилиндрических деталей.

В задачу исследования входит также сопоставление модели изучаемого процесса, полученной на базе анализа его физической сущности, с результатами факторного эксперимента. Их сходимость и степень приближения являются критериями правильности выбранных допущений и верности представления о механике изучаемого процесса.

Имея аналитические выражения для определения технологических параметров процесса, можно приступить к научно обоснованной разработке технологического процесса гидроэластичной вытяжки.

Настоящая работа посвящена решению этих вопросов.

Целью работы является повышение эффективности технологического процесса гидроэластичной вытяжки и качества получаемых деталей цилиндрической формы.

Задачи исследования:

1. Разработать математическую модель процесса гидроэластичной вытяжки деталей цилиндрической формы, включающую аналитические зависимости для определения:

- закономерности изменения давления в рабочей полости матрицы по ходу процесса вытяжки при заданной минимальной степени утонения заготовки в опасном сечении;

- утонения в опасном сечении заготовки от основных технологических параметров;

- напряженного состояния заготовки на первом переходе вытяжки деталей цилиндрической формы с учетом основных технологических параметров;

- предельной степени формоизменения на первом переходе в зависимости от основных факторов, определяющих процесс гидроэластичной вытяжки;

- усилие вытяжки деталей цилиндрической формы на первом переходе формоизменения;

2. Провести экспериментальное исследование процесса гидроэластичной вытяжки.

3. Определить коэффициент трения днищевой накладки эластичной мембраны;

4. Разработать программный продукт, реализующий полученные аналитические зависимости, для определения характера изменения давления в полости матрицы при гидроэластичной вытяжке деталей цилиндрической формы с заданной степенью утонения.

Решение поставленных задач позволит шире использовать процесс вытяжки гидроэластичной матрицей в технологии изготовления цилиндрических полуфабрикатов и деталей специзделий.

Методы исследования. Теоретические исследования процесса вытяжки гидроэластичной матрицей выполнены на базе совместного решения уравнений равновесия и условия пластичности по безмоментной теории для плосконапряженного изотропно-упрочняющего материала заготовки. Для исследования устойчивости участка заготовки за пределом упругости использовался метод Тимошенко-Ритца. При проведении экспериментальных исследований использована теория планирования многофакторного эксперимента и математической статистики.

Научная новизна состоит в разработке математической модели процесса гидроэластичной вытяжки деталей цилиндрической формы, включающей аналитические зависимости для определения закономерности изменения давления в полости матрицы при заданной минимально возможной степени утонения заготовки в опасном сечении.

На защиту выносится. Результаты теоретического исследования по определению плоского осесимметричного напряженно-деформированного состояния изотропно-упрочняющегося материала при вытяжке гидроэластичной матрицей на первом переходе деталей цилиндрической формы. Зависимости коэффициентов формоизменения от основных технологических параметров, полученные в результате аналитического исследования процесса. Методика определения давления в полости матрицы по ходу процесса вытяжки из условия наименьшего утонения заготовки в опасном сечении. Результаты экспериментальных исследований в виде уравнений регрессии для определения утонения в опасном сечении заготовки и давления в полости матрицы по ходу процесса. Программный продукт, реализующий полученные аналитические зависимости, для определения характера изменения давления в полости матрицы при гидроэластичной вытяжке деталей цилиндрической формы с заданной степенью утонения.

Практическая ценность. В результате теоретических и экспериментальных исследований предложены методики расчета технологического процесса гидроэластичной вытяжки деталей цилиндрической формы. Разработан программный продукт для проектирования технологии процесса гидроэластичной вытяжки деталей цилиндрической формы. Внедрение данной системы на ФГУП «Воткинский завод» позволило отказаться от длительного подбора закона изменения давления в рабочей камере с вытяжкой 4-5 пробных деталей.

Научные результаты внедрены на ФГУП «Воткинский завод». Разработан стандарт предприятия СТП АВД 284-2005 «Гидроэластичная штамповка. Метод пуансона».

Материалы исследования используются в учебном процессе на кафедре МиТОМД ИжГТУ в курсе «Прогрессивные технологические процессы ОМД».

Достоверность положений и выводов диссертации обоснована хорошей сходимостью теоретических исследований с экспериментальными результатами.

Апробация работы. Материалы диссертации были доложены и обсуждались на следующих технических конференциях и форумах:

- научно-техническая конференция с международным участием «Информационные технологии в инновационных проектах» (20 апреля 2000 г., г. Ижевск);

- электронная заочная конференция с международным участием «Молодежь студенчество и наука XХI века» (сентябрь 2000 г., г. Ижевск);

- научно-техническая конференция с международным участием «Информационные технологии в инновационных проектах» (23-24 мая 2001 г., г. Ижевск);

- электронная заочная конференция с международным участием «Молодежь студенчество и наука XХI века» (ноябрь 2001 г., г. Ижевск);

- научно-техническая конференция с международным участием, посвященная 50-летию ИжГТУ (19-22 февраля 2002 г., г. Ижевск);

- научно-практическая конференция «Высокие технологии» (15-16 июля 2002 г., г. Ижевск);

- научно-техническая конференция «Проблемы энерго- и ресурсосбережения» (26-27 июня 2002 г., г. Ижевск);

- научно-техническая конференция с международным участием «Информационные технологии в инновационных проектах» (29-30 мая 2003 г., г. Ижевск);

- научно-технический форум с международным участием «Высокие технологии - 2004» (23-26 ноября 2004 г., г. Ижевск).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 8 печатных работах.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, основных результатов и выводов, списка литературы. Она содержит 176 страниц машинописного текста, 83 рисунка, 16 таблиц, список литературы из 159 источников.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

мембрана программный давление полость

Во введении обоснована актуальность работы и сформулированы положения, определяющие ее новизну и практическую ценность.

В первой главе проведен анализ листоштамповочного производства деталей и изделий спецтехники. Приведены сведения по существующим технологическим процессам получения тонких осесимметричных заготовок и деталей специзделий, рассмотрены пути интенсификации процесса, поставлена цель и определены задачи исследования.

Для оценки уровня технологии деталей, изготавливаемых в отрасли из листового проката, с учетом конструктивных особенностей и предъявляемых требований проведен анализ номенклатуры деталей специзделий.

Анализ показал, что наибольшее количество деталей изготавливают из материалов, имеющих соотношение 0,2/в в пределах 0,42-0,49 (алюминиевые сплавы и жаропрочные стали) и 0,63-0,70 (стали типа 30ХГСА, ВП30, СП28Ш). Допустимое утонение у большинства деталей не более 15-20 %. Предельные отклонения внутренних диаметров определяются допусками Н11-Н12. В связи с тем, что детали работают в тяжелых условиях (высокие температуры, давления, агрессивная среда), жесткие технические требования к ним предъявляются по точности, равнопрочности, структуре металла и качеству поверхности (шероховатость основных поверхностей задается на уровне параметра Rа = 2,5...1,25 мкм и ниже).

Существующая технология изготовления таких деталей базируется на сочетании формообразующих операций (вытяжка в жестких штампах, ротационное выдавливание), промежуточных химико-термических операций, операций нанесения и удаления покрытий, смазки, а также операций механической обработки и слесарной доводки с применением универсального оборудования. Однако используемая технология не всегда позволяет обеспечить выполнение всех требований, предъявляемых к деталям этого класса, изготовление которых требует, как правило, многопереходных процессов.

Одним из путей интенсификации технологии, повышения качества и снижения брака деталей является использование процесса вытяжки гидроэластичной матрицей. Процесс вытяжки гидроэластичной матрицей является перспективным в отрасли. Прежде всего этот процесс обеспечивает получение больших степеней деформации за счет исключения вредного влияния сил трения на участках соприкосновения заготовки с матрицей и положительного использования их на участках контакта заготовки с пуансоном. В этом случае возможно получить детали с повышенной точностью размеров и чистотой поверхности, а также с более равномерным распределением утонения стенки по сечению детали.

Кроме этого вытяжка гидроэластичной матрицей обеспечивает возможность получения деталей сложной формы за одну операцию вытяжки как из обычных материалов, применяемых для штамповки, так и из высокопрочных металлов и сплавов, обладающих низкими показателями пластичности. При этом вследствие использования в качестве матрицы эластичной мембраны стойкость штампового инструмента практически не ограничена.

Однако в настоящее время в научно-технической литературе нет систематизированных и достаточно обоснованных сведений о напряженно-деформированном состоянии при вытяжке гидроэластичной матрицей, обоснований предельных коэффициентов вытяжки деталей из высоколегированных сталей, о величине оптимальных усилий прижима и характере его изменения по ходу процесса. Недостаточно данных об оценке величины утонения вытягиваемых деталей.

Процесс вытяжки гидроэластичной матрицей значительно отличается от традиционных технологических процессов глубокой вытяжки, используемых в отрасли. Связано это, в первую очередь, с использованием в качестве деформирующего инструмента эластичной мембраны, разделяющей заготовку и жидкость высокого давления.

Отсутствие систематизированных методик расчета технологических операций, базирующихся на математических моделях процесса деформирования заготовки, значительно снижает эффективностью использования гидроэластичной вытяжки и удлиняет срок технологической подготовки производства.

В соответствии с поставленной целью работы были сформулированы указанные выше задачи исследования.

Решение поставленных задач позволит шире использовать процесс вытяжки гидроэластичной матрицей в технологии изготовления цилиндрических полуфабрикатов и деталей специзделий.

Во второй главе проведен анализ напряженно-деформированного состояния материала заготовки для первого перехода гидроэластичной вытяжки.

Анализ напряженно-деформированного состояния на первом переходе вытяжки выполнен с использованием метода, основанного на совместном решении приближенных уравнений равновесия с условием пластичности. Решая уравнения равновесия с уравнением пластичности (рис. 1), получили выражение для определения максимальных растягивающих напряжений:

(1)

где в - предел прочности материала; ш - относительное сужение площади поперечного сечения образца к моменту образования шейки; R0 - радиус фланца в месте перехода в радиус закругления детали; Rф - текущее значение радиуса фланца; Rп - радиус пуансона; rизг - радиус закругления детали; S0 - толщина металла; Р0 - давление в полости матрицы; и р - коэффициенты трения металла по металлу и металла по резине соответственно.

Рис. 1 - Схема напряженного состояния заготовки при вытяжке гидроэластичной матрицей

Определение давления в рабочем узле эластичной матрицы Р0, являющегося основным параметром, влияющим на качество получаемых вытяжкой эластичной матрицей, проведено с помощью уравнения равновесия (уравнения Лапласа) элемента заготовки, выделенного в зоне скругления, в проекции на нормаль к поверхности:

, (2)

где

.



Зависимость давления прижима от глубины вытяжки определена из совместного рассмотрения напряженного состояние фланца и условия его устойчивости, которое исследовалось за пределом упругости с использованием метода Тимошенко-Ритца (рис. 2).

(3), ; (4)

; (5)

; (6)

; (7), ; (8)

, ; (9)

; ;

; (10), ;; ; , (11)

где ф, ф - меридиональное и тангенциальное напряжения на участке фланца.

Рис. 2 - Схема искривленной формы равновесия фланца



При анализе уравнения (3), получено семейство графиков (рис. 3, 4) отображающих влияния технологических факторов (радиуса изгиба, предела прочности, коэффициента вытяжки и относительной толщины заготовки) на давление в полости матрицы

Рис. 3 - Влияние радиуса изгиба на рабочее давление в полости матрицы: 1 - Rизг = 8 мм; 2 - Rизг = 10 мм; 3 - Rизг = 12 мм; 4 - Rизг = 14 мм; в = 300 МПа; Dзаг = 150 мм; S0 = 1 мм; m = 0,4

Рис. 4 - Влияние предела прочности на рабочее давление в полости матрицы: 1 - в = 300 МПа; 2 - в = 350 МПа; 3 - в = 400 МПа; 4 - в = 450 МПа; Rизг = 10 мм; Dзаг = 150 мм; S0 = 1 мм; m = 0,4

Установлено, что для обеспечения максимально допустимой степени деформации при вытяжке необходимо как можно больше увеличить вытяжной радиус. Однако это сопряжено с возможностью потери устойчивости радиусного участка. Следовательно, оптимальным радиусом вытяжки будет тот максимально допустимый радиус, при котором сбег не будет терять устойчивость. По величине он должен быть меньше критического радиуса, найденного в результате решения уравнения равновесия для участка сбега (рис. 5):

; (12),

; (13)

; (14)

, (15)

, (16)

, (17)

; ;

; . (18)



где с, с - меридиональное и тангенциальное напряжения на участке сбега соотвественно.

Рис. 5 - Расчетная схема для определения критического радиуса сбега

Анализ уравнения (12) позволил получить семейство графиков, отображающих зависимость критического радиуса изгиба детали от давления в полости матрицы (рис. 6).

а)	б)

Рис. 6 - Графики зависимости критического радиуса изгиба: а) 1 - м = 0,0; 2 - м = 0,1; 3 - м = 0,2; в = 300 МПа; q = 6 МПа; m = 0,4; S0 = 1 мм; б) 1 - S0 = 1 мм; 2 - S0 = 1,5 мм; 3 - S0 = 2 мм; в = 300 МПа; m = 0,4

Для определения утонения в опасном сечении при вытяжке цилиндрических деталей анализировалось напряженно-деформированное состояние заготовки на участке контакта материала заготовки с радиусом пуансона. При решении уравнения равновесия для этого участка деформации совместно с условием пластичности получены выражения для определения растягивающих напряжений (рис. 7):

(19)

где j изменяется от Rc до Rп:

. (20)

Используя уравнение связи, дающее соотношение между напряжениями и приращениями деформации, получим известное уравнение для определения толщины заготовки на участке контакта заготовки с радиусом закругления пуансона:

. (21)

Рис. 7 - Напряженно-деформированное состояние заготовки на начальном этапе гидроэластичной штамповки

Для определения утонения стенки в опасном сечении при вытяжке цилиндрических деталей нестационарный процесс деформирования, когда заготовка, контактируя, охватывает радиус скругления пуансона, разбиваем на интервалы, внутри которых считаем нагружение простым. Каждому интервалу соответствует определенный угол контакта заготовки с пуансоном j, где j - номер интервала, который изменяется в пределах 0 /2. Тогда уравнения определяющие изменение толщины заготовки, могут быть преобразованы в функции изменения угла .

На рис. 8 показана зависимость степени утонения стенки заготовки при вытяжке цилиндрических деталей от основных технологических факторов.

Для определения предельных коэффициентов вытяжки цилиндрических деталей воспользуемся уравнением (1). Считаем, что разрушение заготовки при вытяжке происходит в момент, когда напряжение в опасном сечении достигает величины, равной пределу прочности деформируемого материала. Упростив уравнение (1), решим его относительно коэффициента вытяжки m (рис. 9):

, (22)

где

;.

Рис. 8 - Утонение стенки заготовки на участке радиуса скругления пуансона в зависимости от коэффициента вытяжки и угла охвата радиуса пуансона: в = 900 МПа; S0 = 0,7; мм; шш = 0,2



а)	б)

Рис. 9 - Предельные коэффициенты при вытяжке цилиндрических деталей: а - алюминиевый сплав АМг3М; б - сталь 30ХГСА; 1 - S0/D ·100= 0,3; 2 - S0/D ·100= 0,5; 3 - S0/D ·100= 0,7; 4 - S0/D ·100= 1,0; 5 - S0/D ·100= 1,2

В третьей главе проведена экспериментальная проверка основных теоретических положений, экспериментальное определение утонения стенки заготовки в опасном сечении на начальном этапе вытяжки и экспериментальное определение коэффициента трения металла по материалу мембраны рабочего узла.

Испытания на трение и износ образцов, изготовленных из внешней рабочей накладки диафрагмы, проводились на серийной машине трения 2070 СМТ-1 по схеме «диск-колодка» с коэффициентом взаимного перекрытия 1:1. При проведении экспериментов регистрировали момент трения с пересчетом в силу трения, определяли линейный износ обоих образцов в пересчете в суммарную скорость износа, шероховатость поверхностей трения, температуру в зоне трения.

Для экспериментального исследования гидроэластичной штамповки цилиндрических деталей из плоской заготовки использовался пресс QRF-100 фирмы АSЕА.

Исследовалось влияние технологии штамповки на утонение получаемых деталей. Анализ априорной информации, изложенной в первой главе настоящей работы, а также результаты теоретического исследования позволили установить, что на начальном этапе вытяжки на процесс изменения толщины заготовки и давления в полости матрицы существенно влияют следующие факторы: исходная толщина заготовки, степень вытяжки, радиусы скругления кромок пуансона и изгиба участка сбега у фланца.

Для получения математической модели утонения цилиндрической детали был реализован план эксперимента в виде полуреплики от полного факторного эксперимента 25.

Каждому опыту соответствовали значения давления в полости матрицы Р0 и толщины образца в опасном сечении S для трех материалов - стали 10, латуни Л63 и сплава АМг3М. Матрица планирования реализовалась для каждого материала отдельно.

Полученные уравнения регрессии в кодированных значениях факторов имеют следующий вид

Для стали 10:

(23)

Для латуни Л63:

(24)

Для сплава АМг3М:

(25)

Полученные уравнения регрессии были использованы для проверки аналитических зависимостей определения утонения в опасном сечении стенки на начальном этапе вытяжки. На рис. 10 и 11 приведены графики изменения утонения на участке радиуса скругления пуансона, построенные по уравнению (21) и по уравнению регрессии (11). Экспериментальные данные и теоретические значения имеют хорошую сходимость: расхождение результатов не превышает 11 %.

Рис. 10 - Влияние коэффициента вытяжки m1 на утонение в опасном сечении заготовки: материал - сталь 10; S0 = 0,7 мм; 1 - экспериментальная зависимость; 2 - теоретическая зависимость

Рис. 11 - Влияние давления Р0 на утонение в опасном сечении заготовки в начальный момент вытяжки: материал - сталь 10; m1 = 0,45; S0 = 0,8 мм; 1 - экспериментальная зависимость; 2 - теоретическая зависимость

В четвертой главе даны рекомендации по разработке технологического процесса, проектированию и изготовлению штамповой оснастки и методике штамповки.

Применение нагруженной давлением диафрагмы в качестве составной части штамповочного инструмента обеспечивает новую «степень свободы» в процессе штамповки, новые возможности, которые находят свое отражение во всем комплексе связанных с производством штампованных деталей работ - от конструкции штамповочного инструмента до изготовления штамповок.

Нагруженная давлением диафрагма служит опорой заготовки при формообразовании. Это сокращает число операций, необходимых для изготовления детали по сравнению со штамповкой при помощи жестких инструментов. Наличие опоры со стороны диафрагмы также обеспечивает некоторую степень регулируемости положения заготовки в тех случаях, когда последняя не поддерживается инструментом.

На основе разработанной математической модели процесса гидроэластичной вытяжки и методики определения давления в рабочей полости матрицы разработана технология гидроэластичной штамповки. Данная технология внедрена на ФГУП «Воткинский завод» и позволяет сокращать время расчета и количество пробных деталей, вытягиваемых при экспериментальном подборе кривой давления.

Утонение при вытяжке детали «фланец» в опасном сечении при экспериментальном определении кривой давления составило 0,875 S0, а при расчетном определении - 0,89 S0, что говорит о хорошей сходимости экспериментальных и расчетных данных и адекватности математической модели, на это также указывает практически точное совпадение кривых давления (рис. 11).

Рис. 12 - Кривые рабочего давления для детали типа фланец:

- - - - - экспериментальная; ---- - расчетная

В пятой главе приведены результаты по разработке системы автоматизированного проектирования процесса гидроэластичной вытяжки деталей цилиндрической формы, позволяющей определять оптимальный закон изменения давления в полости матрицы, а также оценивать степень утонения в опасном сечении заготовки.

Для разработки данной системы выбрана среда разработки приложений Delphi 7.0, в основе которой лежит концепция быстрого создания приложений (RAD - Rapid Application Development) с поддержкой объектно-ориентированного языка Object Pascal.

На рис. 13 рассмотрены основные подсистемы программы с укрупненными характеристиками.

Рис. 13 - Функциональная схема системы

Подпрограмма Raschet (рис. 14) входит в подсистему «Гидроэластичная вытяжка» и реализует расчет технологических параметров вытяжки. На вход программе подаются следующие величины: диаметр заготовки, толщина заготовки, радиус закругления пуансона, радиус изгиба, предел прочности материала, коэффициенты трения, коэффициент вытяжки, относительное сужение.

Подпрограмма «Main» входит в подсистему «Гидроэластичная вытяжка» и позволяет производить выбор типа процесса (с прижимом или без прижима) при вызове модуля для расчета технологических параметров процесса, а также служит для вызова справочных модулей «Помощь» и «О программе».

Рис.



ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

Диссертация является законченной научно-исследовательской работой, в которой приведено решение актуальной задачи, имеющей большое значение для теории гидроэластчиной вытяжки и состоящей в совершенствовании технологического процесса вытяжки деталей цилиндрической формы на первом переходе.

В процессе теоретического и экспериментального исследований получены следующие результаты.

1. Разработана математическая модель процесса гидроэластичной вытяжки деталей цилиндрической формы, включающая аналитические зависимости для определения закономерности изменения давления в полости матрицы при заданной минимально возможной степени утонения заготовки в опасном сечении. Установлено, что давления в полости матрицы на начальном этапе вытяжки определяется из условия устойчивости участка фланца, затем - из условия устойчивости радиусного участка, и на последнем этапе - из условия необходимого формоизменения детали.

2. Проведен теоретический анализ напряженного состояния заготовки при гидроэластичной вытяжке (первый переход) деталей цилиндрической формы, получены аналитические зависимости для определения технологических параметров процесса - давления в полости матрицы, предельного коэффициента формоизменения, критического радиуса вытяжки и максимального утонения.

Для исследуемого процесса установлено, что силы трения на контакте заготовки и мембраны уменьшают растягивающие напряжения в опасном сечении заготовки.

При анализе напряженного состояния установлено, что, несмотря на наличие сил трения между мембраной и заготовкой, играющих положительную роль, как и при вытяжке в жестких штампах, с увеличением давления эластичной мембраны, степени деформации, механических свойств листового металла (в) и уменьшением радиуса изгиба заготовки на участке скругления (rизг) растягивающие напряжения в стенке заготовки увеличиваются.

Установлено, что с увеличением радиуса изгиба заготовки на участке скругления, относительной толщины заготовки и пластичности металла (ш) предельный коэффициент вытяжки уменьшается (увеличивается степень формоизменения).

3. Установлено, что на начальном этапе гидроэластичной вытяжки утонение в опасном сечении стенки заготовки увеличивается с ростом основных технологических параметров: давления в полости матрицы, пластичности листового металла (ш), степени деформации. Максимальное утонение находится в пределах 15 % от исходной толщины заготовки против 25-35 % при вытяжке в жестких штампах.

4. В ходе экспериментального исследования получены уравнения регрессии давления в полости матрицы и максимального утонения стенки заготовки с использованием математического планирования эксперимента и статистики. Установлено, что наибольшее влияние на давление в полости матрицы и степень утонения оказывают толщина исходной заготовки и степень формоизменения. Данные уравнения подтверждают результаты теоретического исследования: при определении давления в полости матрицы расхождение не превышало 18 %, а при определении для максимального утонения 14-16%.

5. Экспериментально определен коэффициент трения для материала рабочей накладки эластичной мембраны: для стали - 0,7, для алюминиевых сплавов - 0,1.

6. Разработан программный продукт, реализующий полученные аналитические зависимости, для определения характера изменения давления в полости матрицы при гидроэластичной вытяжке деталей цилиндрической формы с заданной степенью утонения.

Внедрение полученных результатов позволит шире использовать процесс вытяжки гидроэластичной матрицей в технологии изготовления цилиндрических полуфабрикатов и деталей.



ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1. Михайлов Ю.О., Дресвянников Д.Г. Исследование напряженного состояния заготовки при гидроэластиченой штамповке цилиндрических деталей // Молодые ученые - первые шаги третьего тысячелетия: труды электронной заочной конференции. - Ижевск: Изд-во Удмуртского государственного университета, 2000. - с. 56-61.

2. Михайлов Ю.О., Дресвянников Д.Г. Вытяжка гидроэластичной матрицей цилиндрических деталей без прижима // Вестник ИжГТУ: Периодический научно-теоретический журнал Ижевского государственного технического университета. - Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2001. - Вып. 2. - с. 32-34.

3. Михайлов Ю.О., Дресвянников Д.Г. Вытяжка гидроэластичной матрицей цилиндрических деталей с прижимом // Вестник ИжГТУ: Периодический научно-теоретический журнал Ижевского государственного технического университета. - Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2001. - Вып. 2. - с. 34-37.

4. Михайлов Ю.О., Дресвянников Д.Г. САПР процесса гидроэластичной штамповки деталей цилиндрической формы // Материалы Международной научно-технической конференции посвященной 50-летию ИжГТУ (19-22 февраля 2002 г.). - В пяти частях. Ч. 2. Инновационные технологии в машиностроениии и приборостроении. - Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2002. - с. 175-179.

5. Михайлов Ю.О., Дресвянников Д.Г. Изменение толщины заготовки на начальном этапе гидроэластичной вытяжки цилиндрических деталей // Известия Тульского государственного университета. Механика деформируемого твердого тела и обработка металлов давлением. Ч. 1. - Тула: Изд-во ТулГУ, 2002. - с. 224-229.

6. Михайлов Ю.О., Дресвянников Д.Г. Оптимизация давления в полости матрицы из условия равновесия участка фланца при гидроэластичной вытяжке // Информационные технологии в инновационных проектах: Тр. IV Междунар. науч.-технич. конф. (Ижевск, 29-30 мая, 2003 г.). - В 4 ч. - Ч. 1. - Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2003. - с. 94-95.

7. Михайлов Ю.О., Дресвянников Д.Г. Алгоритм расчета изменения толщины заготовки на начальном этапе гидроэластичной вытяжки цилиндрических деталей // Информационные технологии в инновационных проектах: Тр. IV Междунар. науч.-технич. конф. (Ижевск, 29 - 30 мая, 2003 г.). - В 4 ч. - Ч. 1. - Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2003. - с. 95-97.

8. Михайлов Ю.О., Дресвянников Д.Г. Штамповка жидкостной и эластичной средами как средство уменьшения разнотолщинности полых деталей // Высокие технологии - 2004: Сб. тр. науч.-технич. форума с междунар. участием: В 4 ч. - Ч. 4 - Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2004. - с. 69-76.

Размещено на Allbest.ru