Введение к работе
Актуальность проблемы. Широкое применение различного типа тонкостенные оболочковые детали с S/R < 0,1 находят при производстве машин, приборов и аппаратуры, где S - толщина стенки детали, R - радиус ее срединной поверхности. Это различного рода переходники, насадки, смесители, сопла, диффузоры, обечайки, обтекателиТпатрубки, волноводы т.д. Применение такого типа деталей и их использование обусловлены их небольшим весом при достаточной прочности и жесткости, что в конечном итоге ведет к повышению надежности, снижению себестоимости и веса машин, приборов, аппаратуры.
Как правило, оболочковые детали получают путем формообразования круговых, некруговых цилиндрических и произвольной формы образующей и поперечного сечения оболочек. При этом процесс формообразования включает ряд технологических операций, основными из которых являются формоизменения, иначе говоря, придание заготовке требуемой формы, и последую-V щая операция калибровки. Последняя операция необходима из-за образования различного рода неточностей в геометрических размерах и формы детали, зазора между оболочкой и инструментом после формоизменения и др.
Применение для формоизменения оболочек известных статігческих И динамических способов обжима малоэффективно из-за потери оболочками поперечной устойчивости еще на рашпгх стадиях деформирования. Процессам статической раздачи сопутствует низкая точность и качество деталей, вследствие пружинения и неравномерного утонения стенки оболочки в очаге пластической деформации.
Изготовление оболочковых деталей сваркой из простейших элементов требует последующей калибровки и весьма трудоемко, а сваривать можно не все материалы.
Статическая раздача тонкостенных оболочек имеет ряд недостатков, таких как низкая точность и качество деталей. Вследствие пружинения и неравномерного утонения стенки оболочки в очаге пластической деформации.
Значительной трудоемкостью и, как следствие, низкой производительностью труда обладают способы динамической раздачи при помощи газообразной, эластичной или жидкостной передающей среды (электрогидрав-1/ лическая, взрывная, гидроимпульсная штамповка и т.д.).
Из изложенного можно сделать вывод о том, что исследования технологии и технологических особенностей прогрессивных способов совмещенного многопереходного формоизменения и калибровки для получения тонкостенных оболочковых деталей, является актуальной задачей., решение которой позволяет достигнуть существенного расширения технологических возможностей и эффективности процесса деформирования тонкостенных
оболочек произвольных геометрических форм и размеров, качества изделий, увеличения производительности труда и существенного уменьшения трудоемкости их изготовления.
Одним из актуальных и перспективных путей интенсификации изготовления тонкостенных оболочковых деталей является применение совмещенного многоперёходного формоизменения тонкостенных оболочек способом раздачи в жесткую матрицу и калибровки готового изделия произвольной формы и размеров, как образующей оболочки, так и ее поперечного сечения, в доступных и труднодоступных местах, с высокой эффективностью и качеством.
Немногочисленные теоретические исследования этого совмещенного многопереходного процесса формоизменения и калибровки оболочек показали его бесспорную эффективность и актуальность. Однако внедрение магнитно-импульсного формоизменения оболочковых деталей в производство сдерживается его слабой теоретической, изобретательской и технологической разработкой. В литературе отсутствуют сведения о факторах, влияющих на динамику процесса, о методике выбора оптимального порядка проведения формоизменения оболочки и режимах процесса, минимальных знергосиловых затратах и материалоемкости.
В доступной литературе нет сведений о технологических исследованиях совмещенных многопереходных процессов формоизменения тонкостенных оболочек произвольной формы поперечного сечения и геометрии образующей.
В литературе отсутствуют сведения о наиболее актуальных, перспективных и производительных совмещенных многопереходных способах, устройствах и установках для его реализации энергией импульсного магнитного поля.
Поэтому разработка методики расчета оптимальных параметров технологического процесса совмещенного многопереходного формоизменения тонкостенной пространственной оболочки импульсами магнитного поля и рекомендации по его реализации является весьма актуальной проблемой.
Работа выполнена в соответствии с заданием 2-й Целевой комплексной научно-технической программы 0.72.06 (Постановление ГКНТ СССР № 555 от 30.10.85 г.), по заданию № Ф0391 "Исследование высокоскоростных процессов импульсной штамповки и формообразования тонкостенных оболочек, влияние магнитного поля на эксплуатационные характеристики материалов" АКО "Полет", г. Омск, Россия; АНТК "Крыло", г. Омск, Россия; завода "Исполнительные механизмы", г. Петропавловск, Казахстан.
Цель работы. Разработка теоретического расчета процесса формоизменения круговой, цилиндрической, тонкостенной, пространственной оболочки, развитие и усовершенствование прогрессивного технологического направления деформирования тонкостенной оболочки, подтвержденного целым рядом оригинальных изобретений СССР, российских патентов на полезігую модель - устройств, индуктора, установки для реализации изобретенного
совмещенного многопереходного способа формоизменения тонкостенной оболочки с произвольной формой образующей и поперечного сечения, в доступных и труднодоступных местах оболочки, импульсами магнитного поля и внедрение процесса в производство.
Метод исследования. В работе применены теоретические, изобре-' тательские, патентные и лабораторно-экспериментальные исследования.
Теоретические исследования выполнены на основе теории тонких оболочек. Теории пластичности, решения дифференциальных уравнений.
Научная новизна. Исследован механизм формоизменения и взаимодействия круговой цилиндрической оболочки, нагруженной внутренним импульсом магнитного поля, с жесткой матрицей, который имеет две подвижные границы приложения нагрузки магнитного поля; разработан и усовершенствован теоретический расчет механизма формоизменения оболочки под действием статического и динамического давления, распределенных на некотором участке образующей тонкостенной оболочки, имеющего две подвижные границы приложения импульсов магнитного поля.
Разработано новое технологическое направление формоизменения -совмещенным многопереходным способом тонкостенной оболочки с произвольной геометрией формы образующей и поперечного сечения в доступных и труднодоступных местах. Защищены авторские свидетельства СССР на изобретение и ряд патентов на полезную модель, Россия-устройства, индуктор и установка для реализации прогрессивного совмещенного многопереходного процесса формоизменения тонкостенной оболочки произвольной геометрии формы образующей и поперечного сечения, в доступных и труднодоступных местах, с высокой эффективностью и качеством.
Разработаны, описаны отличительные свойства, особенности, работоспособность и принципы действия, в отличие от известных, прогрессивного совмещенного многопереходного способа, ряда устройств, индуктора и установки для его реализации.
Теоретическое решение выполнено в обобщенной постановке по определению предельной статической нагрузки и динамическому формоизменению оболочки в кольцевую канавку разъемной матрицы при действии импульсного магнитного поля - "динамическое" решение и "импульсивное" решение, когда действие импульсов магнитного поля отсутствует, а деформация осуществляется только кинетической энергией, накопленной оболочкой до взаимодействия с поверхностью кольцевой канавки разъемной матрицы.
Анализ процессов формоизменения проведен в обобщенной постановке.
В результате теоретического исследования и анализа существующих технологических процессов формоизменения тонкостенной оболочки было разработано прогрессивное направление технологических исследований, которое стало основой для изобретения, разработки и внедрения в производство
тонкостенных оболочковых деталей, а также нового совмещенного многопереходного способа, установки, индуктора и целого ряда оригинальных устройств для формоизменения и калибровки тонкостенной оболочки с произвольной геометрией формы образующей и поперечного сечения, в доступных и труднодоступных местах.
Автор защищает научно-обоснованную методику расчета оптимальных технологических параметров совмещенного многопереходного процесса формоизменения и калибровки тонкостенной оболочки, подтвержденную авторскими свидетельствами СССР на изобретение, патентами и свидетельствами на полезную модель России и практическим использованием в производстве.
Практическая значимость работы. Исследован механизм деформирования тонкостенной трубчатой оболочки при статическом и динамическом формоизменении. Полученное решение задачи пластического формоизменения круговой цилиндрической оболочки позволяет определить кинематические параметры процесса формоизменения оболочки под действием внутреннего импульса с двумя подвижными границами приложения нагрузки, материал которой подчиняется условию пластичности Сен-Венана-Треска и ассоциированному с ним закону пластического течения. Анализ процесса формоизменения проведен в обобщенной постановке. В результата проведенного теоретического исследования и анализа существующих технологических процессов деформирования трубчатой оболочки было разработано прогрессивное направление технологических исследований, которое позволило, и послужило основой для создания, разработки и внедрения в производство, изобретенного совмещенного многопереходного способа, установки, индуктора и целого ряда оригинальных устройств и разработок. Новые оригинальные разработки и технические решения позволяют, в значительной степени, расширить технологические возможности процессов формоизменения и калибровки, на порядок и более повысить эффективность процесса деформирования тонкостенной трубчатой оболочки.
Теоретический расчет процесса позволяет по заданным размерам детали определить, с приемлемой для практики точностью, оптимальные технологические параметры процесса, обеспечивающие минимум материалоемкости и энергетических затрат. Применение приведенных теоретических и технологических исследований позволяет существенно сократить объем и трудоемкость работ при освоении процесса, срок его внедрения, а также повысить ресурс установки, устройств и индуктора.
Достоверность результатов работы, полученных на основе моментной теории оболочек и разработанной математической модели магнитно-импульсного формоизменения, позволили изобрести, разработать и внедрить в производство прогрессивный технологический процесс совмещенного многопере-
ходного формоизменения тонкостенной оболочки произвольной геометрической формы, способ совмещенного многопереходного формоизменения тонкостенной трубчатой оболочки произвольной геометрической формы как образующей, так и поперечного сечения, в доступных и труднодоступных местах, установки, индуктора и целого ряда устройств для его реализации.
В результате проведенных научно-исследовательских работ зарегистрировано авторское свидетельство СССР на изобретение: "Устройство для деформирования трубчатой оболочки энергией импульсного магнитного поля" патенты на полезную модель: "Устройство для деформирования трубчатой оболочки энергией импульсного магнитного поля"; "Индуктор для деформирования трубчатой оболочки энергией импульсного магнитного поля". Опубликована в центральной печати статья: "Способ деформирования трубчатой оболочки энергией импульсного магнитного поля". Вышеперечисленные объекты находят применение в производстве, внедрены или находятся в стадии внедрения.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены на 2-й и 3-й Международных научно-технических конференциях "Динамика систем, механизмов и машин", г. Омск, 1997, 1999 г.г.; 25-й научной конференции профессорско-преподавательского состава, научных работников, аспирантов, Омск, 1987; Научно-техническая конференция "Малоотходная технология и прогрессивное оборудование для обработки металлов давле-/ / нием", г.Омск, 1986; республиканские научно-технических конференциях и совещаниях НТО Машпром, г.Омск, 1983-99 г.г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 22 печатные научные работы, в том числе одно авторское свидетельства СССР на изобретение и два патента-свидетельства России на полезную модель.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений. Работа изложена на /23 страницах машинописного текста, содержит /4 рисунка, список литературы включает / / h наименований и 4 страниц приложений, /г<*"<"
