feedback
Подписаться
Применение САПР в машиностроении

Предисловие к монографии «Штамповка с кручением»

Предисловие к монографии «Штамповка с кручением». Авторы: Субич В.Н., Демин В.А., Шестаков Н.А., Власов А.В.

В монографии обобщены результаты многолетней работы авторов по разработке, апробации принципиально новых технологических процессов и оборудования производства заготовок и изделий штамповкой вращающимся инструментом (комбинированным нагружением).

Разработана теория пластического течения по жестким поверхностям при комбинированном нагружении. Совокупностью сформулированных и решенных задач созданы научные основы технологии штамповки методом комбинированного нагружения. На этой базе созданы предпосылки для решения научно-технической проблемы разработки эффективных технологических процессов штамповки тонкостенных осесимметричных деталей из черных, цветных, труднодеформируемых ме­таллов и сплавов, а также из металлической стружки. Выявленные закономерности пластического течения позволили установить технологические преимущества штамповки методом комбинированного нагружения, определить область ее эффективного применения, оптимальный термомеханический режим деформации, требования к инструменту и обеспечили возможность научного подхода к разработке и освоению в производстве новых технологических процессов, а также к созданию новых типов кузнечно-прессового оборудования. Разработанные  процессы и оборудование найдут применение в станкоинструментальной, автомобильной, оборонной и авиационной отраслях промышленности и могут быть распространены на другие отрасли машиностроения, располагающие соответствующей номенклатурой изделий.

Установлено основное кинематическое соотношение, выступающее как фактор управления процессом пластического течения. Для осесимметричной деформации это соотношение, получившие название параметра кручения, с точностью до постоянного множителя имеет смысл отношения угловой и линейной деформаций на контуре, ограничивающем область течения, при отсутствии проскальзывания на контактной поверхности. Кинематика течения определяется указанным параметром и контактным скольжением, зависящим от конкретных условий трения и геометрии слоя, что дает возможность осуществить единообразный подход к решению осесимметричных задач.

Показано, что кинематика контактного взаимодействия между заготовкой и инструментом описывается нелинейным дифференциальным уравнением первого порядка, интегральные кривые которого состоят из особых точек, и предложен метод его решения. Установлено, что угловая скорость точек поверхности слоя зависит только от его геометрии и условий на контуре. Показано, что для свободно растекающегося слоя связь между относительными величинами среднего давления и крутящего момента задается уравнением окружности единичного радиуса.

Выявленные силовые и кинематические закономерности деформации при комбинированном нагружении позволили дать, формулировку и решение задачи теплообмена между заготовкой и инструментом. Полученные аналитические зависимости показывают, что изучаемый процесс является термически управляемым и позволяет поддерживать температуру на контакте на более высоком уровне по сравнению с традиционной штамповкой.

Разработан программный комплекс для моделирования МКЭ двумерных  процессов пластического течения при термопластической деформации, в том числе при штамповке  осесимметричных тел вращающимся инструментом, многокомпонентных систем и порошковых материалов. В основу алгоритма положены общие уравнения теории пластического течения жестко вязкопластического упрочняющегося материала для осесимметричной и плоской деформации. Предусмотрена возможность расчетов в условиях теплообмена с инструментом и окружающей средой для материалов с произвольными реологическими свойствами. Могут быть заданы различные условия трения, в том числе и в зависимости от контактных давлений.

Получены теоретические и экспериментальные доказательства адекватности моделирования процессов течения металлов в новом программном комплексе реальным функциям отклика материалов с различными реологическими свойствами. Адекватность моделирования подтверждена  сопоставлением следующих расчетных и экспериментальных характеристик процесса: конечной формы изделия, зависимости сила-перемещение, момента достижения заданного уровня плотности, заданного уровня механических свойств различных материалов.

Найдены новые решения задач и экспериментальные данные, полученные в условиях  комбинированных схем деформирования и способов нагружения, при штамповке и выдавливании с применением вращающегося инструмента: осадка цилиндрических заготовок, выдавливание деталей типа «конус», обратное выдавливание деталей типа «стакан». Проведенное сопоставление с экспериментальными результатами показало достоверность расчетных результатов. Возможность получения достоверных данных о полях напряжений и деформаций позволяет выявить особенности штамповки вращающимся инструментом по сравнению с традиционными процессами деформации и на этой основе определить область ее наиболее эффективного применения. Возможности достижения Больших Пластических Деформаций (БПД) при нагружении вращающимся инструментом  позволяют формировать состояния материалов, близкие к наноструктурным. Разработанный программный комплекс решает проблему расчета напряженно-деформированного состояния и других параметров процесса течения материалов при штамповке вращающимся инструментом, что вносит вклад в научное и практическое обоснование процессов формирования ультрамелкодисперсных и наноструктурированных материалов путем применения БПД.

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ

  1. СОСТОЯНИЕ ТЕОРИИ И ТЕХНОЛОГИИ ШТАМПОВКИ ТОНКОСТЕННЫХ ПОКОВОК

1.1.    Современные технологические процессы штамповки  осесимметричных поковок с тонким полотном
1.2.    Особенности пластического течения в тонких  слоях
1.3.    Особенности пластического течения при комбинированном нагружении

  1. КИНЕМАТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОЦЕССОВ КОМБИНИРОВАННОГО НАГРУЖЕНИЯ

2.1    Осесимметричная деформация
2.2.   Плоская деформация
2.3.   Приближенное решение задачи осадки с кручением тонкого  слоя

  1. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ФОРМУЛИРОВКА ЗАДАЧИ ТЕЧЕНИЯ ПО ПОВЕРХНОСТЯМ ПРИ КОМБИНИРОВАННОМ НАГРУЖЕНИИ

3.1.    Основная система уравнений
3.2.    Течение в областях с односвязным контуром
3.3.    Работа деформации при осадке с кручением

  1. ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ СЛОЯ ПРИ КОМБИНИРОВАННОМ НАГРУЖЕНИИ

4.1.   Круговая область
4.2.   Коническая область постоянной толщины
4.3    Конический слой переменной толщины
4.4.   Влияния штамповки с кручением на свойства исходного литого материала

  1. ТЕЧЕНИЕ ПО ДЕФОРМИРУЕМЫМ ПОВЕРХНОСТЯМ

  2. ПЛАСТИЧЕСКОЕ ТЕЧЕНИЕ ПОРИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ КОМБИНИРОВАННОМ НАГРУЖЕНИИ

6.1.   Вариант постановки задачи течения пористого материала
6.2.   Плоское течение пористого материала между жесткими плитами
6.3.   Уплотнение пористого материала при комбинированном нагружении

  1. ТЕЧЕНИЕ В УСЛОВИЯХ ТЕПЛООБМЕНА

7.1.   Постановка задачи
7.2.   Распределение температур в круговой области с неподвижной границей
7.3.   Распределение температур в круговой области с подвижной границей

  1. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРЕССЫ С ВРАЩАЮЩИМСЯ ИНСТРУМЕНТОМ

8.1.    Анализ известных конструкций прессов с вращающимся инструментом
8.2.    Конструктивные схемы прессов для штамповки с кручением
8.3.    Винтовые прессы с вращающимся инструментом
8.4     Кривошипные горячештамповочные прессы с вращающимся инструментом
8.5.    Влияние жесткости оборудования на технологические параметры штамповки
8.6.    Гидравлические прессы с вращающимся инструментом. . .
8.7.    Гидравлические пресс с гидромоторным приводом мод. К25.240. 01

  1. ОСНОВНЫЕ СООТНОШЕНИЯ ТЕОРИИ ПЛАСТИЧНОСТИ ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ ТЕЧЕНИЯ МЕТАЛЛА МЕТОДОМ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ (МКЭ)

9.1.    Постановка двумерных задач пластического течения жесткопластических сред
9.2.    Основные системы уравнений для плоской и осесимметричной задач теории пластичности
9.3.    Постановка осесимметричных задач штамповки вращающимся инструментом и основные конечно-элементные соотношения
9.4.    Постановка двумерных задач пластического течения пористых материалов
9.5.    Моделирование пластического течения металла в условиях теплообмена
9.6.    Критерии вырождения конечных элементов
9.7.    Выбор шага деформирования
9.8.    Методика учета жестких зон
9.9.    Модель оборудования
9.10. Технологические отказы в процессах объемной и листовой штамповки

  1. ОПИСАНИЕ РАЗРАБОТАННОГО КОМПЛЕКСА ПРОГРАММ

10.1.  Установка программного комплекса Forming
10.2.  Структура комплекса программ
10.3.  Описание файлов программного комплекса
10.4.  Программы генерации сетки КЭ и расчета НДС заготовок в процессах ОМД
10.5.  Программа визуализации результатов расчета Wgraph
10.6.  Программа обработки результатов расчета To_ascii
10.7.  Программа обработки результатов расчета  Trace

  1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА АДЕКВАТНОСТИ МОДЕЛИРОВАНИЯ

11.1.  Кручение и сжатие круглого стержня
11.2.  Волочение тонкостенной трубы через круговую коническую матрицу
11.3.  Моделирование процессов штамповки вращающимся инструментом

  1. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КЭ — МОДЕЛИРОВАНИЯ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РАСЧЕТАХ ПРОЦЕССОВ ГОРЯЧЕЙ ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ

12.1.  Исходные данные для расчета, выбор технологических параметров и операций
12.2.  Операция 1. Расчет охлаждения заготовки при переносе от печи к прессу
12.3.  Операция 2. Расчет охлаждения заготовки в инструменте
12.4.    Операция 3. Расчет процесса предварительной осадки заготовки
12.5.  Операция 4. Расчет процесса штамповки в окончательном ручье
12.6.  Оценка деформируемости металла при осадке
Заключение
Список литературы
 

Ознакомиться с содержанием и скачать книгу можно ЗДЕСЬ

Свежие комментарии

Яндекс.Метрика