Введение к работе
'
Актуальность работы. В настоящее ^зремя в машиностроении ин- . тенсивно внедряются лазерная, импульсная и плазменная технологии, открывающие принципиально новые возможности для обработки материалов и создания эффективных технологических процессов, в той числе и для мелкосерийного производства деталей из тонколистовых материалов. В полной мере это относится.к электрогидроим-пульсной (ЗГИ) штамповке, среди технологических операций которой широкое применение получила листовая формовка неосесимметрйчных деталей сложного контура. Элсктрогидроимпульсная формовка обеспечивает более высокие степени предельных деформаций и точностные характеристики штампуемых деталей по сравнению с квазистатической Формовкой подвижными средами. При этом ЭГИ формовка обладает всеми положительными свойствами штамповки подвижными, например, эластичными, средами по сравнению со штамповкой в жестких инструментальных штампах: короткие сроки подготовки производства, низкие металлоемкость и трудоемкость изготовления технологическое оснастки, а, следовательно, и низкая себестоимость продукции особенно й условиях опытного и мелкосерийного изготовления деталей машин общего и бытового назначения, авиакосмической техники, приборов, художественных изделий и т.д. .-.-
Однако в настоящее время нет надежных методик расчета^кинематических характеристик и параметров напряженно-деформированного состояния (НДС), заготовки"особенно при импульсной, в том числе и при Злектрогидроимпульсной, формовке деталей со сложнымц контуром. Не обладая такими методиками, трудно назначить обоснованные режимы штамповки деталей, прогнозировать возможное разрушение заготовки за счет локализации пластических деформаций из-за волнового характера деформирования, особенно на начальной . стадии процесса. Отсюда велика вероятность появления брака из-за разрушения заготовки при практической реализации неверно спроектированного технологического процесса.
Поэтому данная диссертационная работа, посвященная преимущественно разработке расчетной модели высокоскоростного деформирования тонколистовой заготовки сложного контура и методики рас-
чета параметров и проектирования на ее основе технологических процессов ЭГИ Формовки несйесймметр^чных деталей, а также практическому применению этой методики, представляется актуальной.
Цель работы. Разработка методики проектирования технологических процессов электрогидроинпульсной формовки деталей двухмерного в плане контура на основе математического моделирования процесса и использование этой методики на практике.
Научная новизна. Разработана математическая модель процесса высокоскоростного деформирования листовых деталей слошого контура под действием заданного давления, характерного для электро-гидроимлульсного нагружения. учитывающая волновые переходные процессы при формоизменении, сложный контур защемления, упругую разгрузку, динамическое упрочнение материала заготовки, и позволяющая определить кинематические характеристики и параметры напряженно-деформированного состояния в любой точке заготовки в течение всего времени ее деформирования.
Разработан алгоритм численного расчета для предложенной математической модели на основе неявной конечно-разностной схемы и специально созданного итерационного процесса решения систем нелинейных алгебраических уравнений с учетом их особенностей, позволивший получить-, гладкое и более точное по сравнению с явной разностной схемой решение по компонентам перемещений, скоростей и тензора логарифмических деформаций.
С использованием полученной расчетной модели предложена методика и произведена оценка влияния варьирования параметров аппроксимации и вида динамической кривой упрочнения материала заготовки на максимальное и среднее значения интенсивности тензора логарифмических деформаций, показавшая, что параметры динамической кривой упрочнения материала необходимо получать и задавать в зависимости от назначения расчета (конструкторский, технологический, в исследовательских целях и т.д.).
Разработана методика проектирования технологических процессов ЭГИ формовки деталей, сложного контура, позволяющая научно обоснованно назначать режимы штамповки, определять зоны возможной локализации и величины деформаций в них, прогноэиоозать при наличии диаграммы предельных деформаций материала ягготовки появление брака и эксплуатационные характеристики штампуаш деталей.
На защиту выносятся: математическая модель процесса высокоскоростного деформирования листовых деталей сложного контура с
четом большинства факторов, характеризующих реальный процесс: лгориты численной реализации данной _подели на основе неявной :онечно-разностной схемы, дапщий трсбуеі.іую степень монотоннссти .омпонент тензора деформаций; программная реализация данного ал-'оритма для ПК типа IBM PC. а также программная реализация трОх-юрной графической визуализации результатов численного решения; ютодика проведения и результаты математического эксперимента по іценке влияния различных видов аппроксимации динамической кривой прочнения на параметры НДС при численных расчетах параметров :сследуемого процесса; результаты экспериментальной проверки орректности разработанной математической модели; примеры расче-ов параметров НДС при импульсной формовке деталей сложного конура, а также оценка возможности локализации деформаций в усло-иях электрогидроимпульсного нагружения, рекомендации по выбору адиуса скруглення острых выступов контура матрицы с целью синения локализации деформации в этих зонах; методика проектирова-:ия технологических процессов ЗГИ формовки деталей сложного конура; технологические процессы ЗГИ формовки конкретных произ-одственных деталей, разработанные с использование!.! предложенной
ІЄТОДИКИ.
Практическая ценность работы. На основе предложенной рас-етной модели, опыта промышленной реализации ЗГИ штамповки раз-аботана методика проектирования технологических процессов ЗГИ ормовки деталей сложного контура, включающая выбор формы и раз-іеров заготовки, схемы ее нагружения и деформирования, расчет инематических и деформационных параметров с -учетом локализации еформаций и выявления опасных с точки зрения возможного разру-ения заготовки зон, определение энергетических параметров про-есса. На основе численных расчетов выявлена локализация дефор-аций на выступающих углах сложного контура матриц, превышающая 2-10 раз средний уровень-деформаций. Установлено, что радиус круглений выступов на контуре матрицы должен быть более 2-4 олщин заготовки. Данная методика опробована при разработке тех-ологических процессов ЗГИ формовки двух промышленных деталей ложного профиля.
Публикация и апробация работы. Основное содержание диссер-ации отражено в трех печатных работах. Материалы работы доложе-ы на Российской научно-технической конференции "Перспективные ехнологические процессы обработки металлов" (С.-Петербург,1996 .), а также на научно-техническом семинаре кафедры "Машины и
- і ~
технология обработки металл л давлением" Саь*?-Лотербургского государственного технического р:иь--рситета.
Объем .работы. Диссертационная работа состоит из введения. четырех глав и списка литературы. Содержит 153 машинописных страницы текста, среди которых '3 рисунка, 11 таблиц.
Научным консультантом данной работы является д. т.н., профессор B.C. Мамутов.