Введение к работе
Актуальность работы. Производство сложиопрофильных деталей с минимальными затратами в настоящее время наиболее актуально для предприятий, специализирующихся на холодной объемной штамповке. При этом одной из главных проблем, требующих решения при проектировании холодновысадочного инструмента, является обеспечение «стойкости» инструмента Под этим термином специалисты по холодной высадке обычно имеют в виду время до разрушения или недопустимого износа рабочей поверхности матриц
Существующие методы расчета применительно к матрицам для штамповки деталей сложного профиля не объясняют механизма их разрушения с возникновением трещины в поперечном к оси симметрии матрицы направлении Одна из причин такого положения - недостаточная изученносіь объемного напряженно-деформированного состояния (НДС) многослойных матриц при штамповке сложных изделий и зависимость возникающих напряжений при высадке от множества факторов геометрии вставки, толщин слоев, натягов и тд Известные методики расчета инструмента для штамповки сложиопрофильных изделий, например, с шестигранной полостью для штамповки гаек, предполагающие оптимизацию их конструкций простым перебором вариантов конструкции, нельзя считать рациональными также с точки зрения затрат машинного времени. Поэтому проблема исследования, расчета и создания рационального НДС проектируемых матриц является весьма актуальной задачей.
Цель работы. Разработка методики расчета и оптимизация конструктивных параметров матриц для повышения их долговечности при штамповке сложиопрофильных деталей
Для реализации указанной цели были поставлены и решены следующие задачи
проанализировать виды разрушения существующих конструкций матриц и выявить причины их возникновения,
смоделировать процесс холодной объемной штамповки сложиопрофильных деталей типа заготовок шарового пальца и шестигранной гайки с помощью современных программных пакетов для определения эпюры давления на инструмент со стороны заготовки,
разработать методику расчета и пакет прикладных программ для систем автоматизированного проектирования матриц для штамповки деталей типа заготовок шаровых пальцев и гаек,
выработать меры и конструктивные рекомендации по повышению долговечности инструмента при штамповке шаровых пальцев и гаек
Научная новизна
Впервые, с использованием современных пакетов DEFORM-2D и 3D для численного моделирования процесса холодной объемной штамповки (ХОШ), установлен качественный и количественный характер нагрузки на инструмент, действующей со стороны деформирующейся заготовки
Предложена методика и разработан пакет прикладных программ для оптимизации конструктивных параметров многослойных матриц, использующий при анализе объемного НДС инструмента метод конечных элементов.
На основе численных исследований установлена причина разрушения вставки инструмента для изготовления заготовок шаровых пальцев — малоцикловая усталость и предложены меры по увеличению его долговечности
На уровне изобретений разработаны новые конструкции матриц для штамповки гаек с секторными вставками Предложена технология изготовления матрицы с секторными вставками для штамповки шестигранных деталей типа гаек
Методика исследования основана на использовании.
известных уравнений теории упругости,
метода конечных элементов, модифицированного для анализа объемного НДС многослойного инструмента,
методов теории оптимального проектирования
Достоверность результатов и выводов, содержащихся в
работе, основывается на корректном использовании
современных программных пакетов для численного моделирования сложных процессов упруго-пластического деформирования,
известных численных методов решения задач прочностного расчета конструкций, в частности метода конечных элементов,
элементов теории оптимального проектирования для рационализации конструкций многослойных матриц и подтверждается
опытом эксплуатации инструмента для ХОШ, характером разрушения существующих матриц,
решением большого числа тестовых задач, имеющих решения, полученные аналитическими и проверенными численными методами,
совпадением, в частном случае одномерной задачи, результатов оптимизации геометрических параметров многослойных матриц, полученных по предложенной методике, с известным решением Ляме-Гадолина-Максимова
Практическая ценность.
Созданные методика и прикладные программы позволяют не только заметно повысить несущую способность (предельное значение внутреннего давления) инструмента, но и значительно увеличить его долговечность
Предложенные конструкции матриц внедрены на предприятии ОАО «Белебеевский завод «Лвтонормаль», г Белебей с экономическим эффектом более 2 млн рублей
Усовершенствованы конструкции матриц для штамповки гаек 1/61015/11, 1/21647/11, 1/25742/11 и 1/61008/11, что обеспечило повышение их стойкости в 5-20 раз
Апробация работы. Материалы диссертации доложены на Всероссийской научной конференции «Математическое моделирование и краевые задачи» (Самара 2004), Международной научно-технической конференции «Моделирование, оптимизация и интенсификация производственных процессов и систем» (Вологда, 2004), Российской научно-технической конференции, посвященной 80-летию со дня рождения чл кор. РАН, профессора Р Р Мавлютова (Уфа, 2006)
Личный вклад соискателя в разработку проблемы
Впервые, с использованием современного пакета DEFORM получены эпюры внутреннего давления на инструмент при штамповке заготовок типа шарової о пальца и гаек
Модифицирована методика расчета напряженно-деформированного состояния многослойных матриц с собранными с натягом слоями методом конечных элементов Предложенный
подход не требует суперэлементной формулировки, что существенно экономит время и расширяет возможности существующих конечноэлементных программ
3) Предложены новые конструкции матриц повышенной долговечности, подтвержденные двумя патентами
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ, в том числе монография, получено два патента на изобретения.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов по работе и списка литературы Общий объем диссертации изложен на 121 странице, содержит 65 рисунков, 2 таблицы, библиографический список из 119 наименований.
