Введение к работе
Актуальность проблемы. В ряде отраслей проьшэленности иироко применятся процессы обработки металлов давлением и, в частности, листовая штамповка. Методы этамповки листового металла позволяют получать слонине по форме и точные по размерам изделия при значительной экономии металла. В действущеы производстве часто применяется иестная формовка. Эффективно применение данной операции для изготовления длинномерных гофрированных оболочек. Однако при проектировании таких технологических процессов, как правило, используют эмпирические формулы, которые не позволяют прогнозировать получение предельных деформаций при формовке криволинейного гофра и поэтоыу носят оценочный характер. Обеспечение необходимой точности расчета предельных значений формоизменения и обоснованное назначение геометрии изделий является основной целью автоматизированного проектирования процессов штамповки, для достинения которой требуется адекватное математическое моделирование реального процесса.
Принимая во внимание практику исследований, для учета влияния различных факторов на ход технологического процесса, необходимо использовать численные методы расчета с прниене-нием ЭВМ. Численные подходы, наведшие применение в исследовании процессов формовки, разработаны при принятом плоском напряаенном и деформированном состояниях (НДС), т.е. для тонкостенных оболочек, у которых соотношение радиуса изгиба поверхности к толщине оболочки больае І0. В ряде случаев, у гофрированных оболочек это соотношение меньше 10 и приближается к 5, что переводит их в толстостенные оболочки. Для теоретического анализа процесса формовки толстостенной оболочки требуется объемная модель. Численное исследование задачи при такой постановке в настоящее зремя отсутствует. Поэтому разработка методики, позволяадей на этапе проектирования технологического процесса применительно к длинномерным гофрированным оболочкам оценить НДС заготовки, прогнозировать силовые и кинематические параметры, является актуальной проблемой.
Настоящее исследование направлено на разработку матема-
тической подели пластического формоизменения для объемного НДС листовой заготовки при форковке гофр и практических рекомендаций по проектированию технологических процессов производства длинномерных гофрированных изделий.
Предметом исследования является технологический процесс изготовления длинномерных гибких поперечно-гофрированных оболочек (ДГПГО).
Объект исследования: технологичность констрдкции при обеспечении заданной точности гофрированных оболочек, полученных путем итанповки составляищих ее полупрофилей и последуичей их сварки в единую конструкции.
Цель работы; исследование закономерностей процесса формовки криволинейных гофр в инструментальных штампах и разработка на этой основе инженерной методики расчета и проектирования технологического процесса получения длинномерных гофрированных изделий.
Методы исследования. В работе проведены теоретические и экспериментальные исследования процесса формовки осесимметричной толстостенной оболочки. Для теоретических исследований за основу была принята математическая модель потери устойчивости при холодной пластической деформации. Численные исследования проведены с использованием метода конечных элементов. Экспериментальные исследования проведены в лабораторных и промыиленных условиях с использованием методов планирования эксперимента, делительных сеток, моделирования, металлографии и механических испытаний.
Достоверность основных научных полоаений, выводов и рекомендаций, полученных на основе теоретического исследования процесса толстолистовой формовки, подтверядена удовлетворительным согласованием расчетных и экспериментальных значений как по силовым параметрам процесса, так и по по кинематическим.
Научная новизна. Разработана математическая модель пластического течения на базе метода конечных элементов. В отличие от известных численных реализаций, предоставляется возмовность ревения пространственной задачи толстолистовой формовки для профиля рабочих инструментов близкого к осесииметричному. Исследована схема двухосного растяаения в очаге деформации при втамповке криволинейного 2
гофра для длинномерных поперечно-гофрированных изделий. Установлены свази силовых и кинематических параметров процесса.
Проведена экспериментальная проверка численного ренения задачи. Одновременно получены уравнения регрессии для определения технологических параметров итамповки. Выявлены особенности протекания процесса деформирования. Получены оценочные зависимости деформированного состояния заготовки по схеме формовки гофр с добавлениен саинавщих напрзяеннй в очаге деформации.
Разработаны методика расчета необходимых технологических параметров формовки криволинейных гофр и методика визуального огобразения результатов экспериментального исследования НДС.
Практическая ценность. Предложенные методики и программное обеспечение предназначены для проектирования технологических процессов формовки гофр в иняенер-ной практике и с целы) оптимизации в САПР технологических процессов.
Разработанная инаенерная методика расчета технологического процесса формовки при производстве длинномерных гофрированных оболочек позволяет с учетоа особенностей технологии определить конструктивно-технологические параметры, которые способствуют создании качественного изделия. По предлагаемой технологии, получаемое изделие при сохранении продольной гибкости приобретает повнэеннуп жесткость в том не направлении за счет введения фланцевого соединения элементов конструкции. Кроме того, методика позволяет проектировать изделия слоаного профиля в поперечном сечении с заданной точностью.
Реализация работы. Разработанный технологический процесс получения длиннонерннх гофрированных изделий провел опытно-проиналеннуа апробациз з лаборатории кафедры "Обработка металлов давлением" Московского автомобилестроительного института и в Прессовом корпусе й!10 ЗИЛ. изготовлена опытно-промызленная партия защитной ДГПГО световода одной конструкции. Получены опытные образца профилей длинномерных гибких волноводов, переданные на эксплуатационные испытания в ВНИИ Кабельной промыяленности.
Защищаемые полонина, і. математическая модель осесимметричного пластического течения на базе метода конечных элементов для анализа процесса формовки толстостенного криволинейного гофра.
-
Результаты теоретического и экспериментального исследований процесса формовки криволинейного гофра при двухосной растяіении в очаге деформации.
-
Научно обоснованная методика определения необходимых размеров и проектирования технологического процесса получения длинномерных поперечно-гофрированных изделий из ленты, обладающих заданными эксплуатационными показателями.
-
Методика визуального отобравения результатов экспериментального исследования напряженного и деформированного состояний заготовки.
Апробация работы. Основные результаты работы долоаены и обсуядены на научно-технической конференции "Автомобилестроение: проектирование, конструкция, материалы, технология и производство" МАСИ (ВТ93-ЗИЛ), І990 г., а такве на заседаниях кафедры "Обработка металлов давлениек" Московского автомобилестроительного института.
Публикации. Научные результаты, сформулированные в диссертации, опубликованы в 2 печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, обеих выводов, списка использованной литературы и прилоаений. Диссертация содервит 109 страниц мавинописного текста, 55 рисунков, 13 таблиц, список литературы из 106 наименований и 3 прилоие-ния.