Введение к работе
Актуальность работы. Сокращение сроков освоения новых изделий, снижение себестоимости их изготовления и металлоемкости применяемой оснастки, повышение конкурентоспособности продукции отечественного машиностроения в условиях недостатка инвестиций, высокой стоимости кредитов, нестабильности товарного рынка повышают актуальность задачи расширения технологических возможностей операций и увеличения гибкости оборудования магнитно-импульсной штамповки, обеспечивающих минимальную трудоемкость изделий при наилучшем их качестве.
Разработка ресурсосберегающих технологий включает в себя большой круг теоретических, экспериментальных, технологических и компьютерно-программных задач. К таким задачам, в первую очередь, относится создание более полных и точных математических моделей как процессов пластического формоизменения, так и оборудования для их реализации. Современные установки для магнитно-импульсной обработки металлов, основанные на модульном принципе, позволяют расширить потенциальные возможности листовой штамповки.
В то же время широкое внедрение процессов магнитно-импульсной штамповки сдерживается недостаточной стойкостью инструмента, применяемой оснастки и элементов высокоэнергетического оборудования, что вызвано их работой в условиях, далеких от оптимальных, а также отсутствием комплексных методов проектирования технологии и оборудования, что приводит к большим объемам экспериментальных и доводочных работ по корректировке технологии штамповки на этапе серийного производства.
Отмеченное свидетельствует об актуальности разработок в области создания методов комплексного проектирования системы "оборудование-инструмент-заготовка" в процессах магнитно-импульсной штамповки.
Данная работа выполнена в соответствии с грантом по фундаментальным исследованиям в области металлургии и машиностроения "Проведение математического моделирования и исследование технологических процессов и оборудования магнитно-импульсной штамповки" в 1998-2000 гг.
Цель работы. Диссертационная работа посвящена решению научно-технической задачи, имеющей важное народнохозяйственное значение, созданию новых процессов и машин, расширяющих технологические возможности магнитно-импульсной штамповки при снижении энергоемкости операций и повышении гибкости оборудования на основе разработки компьютерных, методов комплексного проектирования технологических операций и оборудования для магнитно-импульсного формоизменения трубчатых заготовок.
Научная новизна состоит:
в разработке математических моделей электромеханических процессов импульсного деформирования заготовок и функционирования оборудования, позволяющих проводить параметрическую оптимизацию системы "установка-инструмент-заготовка" по критерию минимума энергоемкости операции;
в созданш. модели динамического упругопластического формоизменения в процессах магнитно-импульсной штамповки суметом упрочнения заготовки;
- в установлении особенностей формообразования и закономерностей вли
яния силовых параметров, технологических факторов и геометрии инструмента
в операциях магнитно-импульсной штамповки трубчатых заготовок.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
- теоретический анализ операций магнитно-импульсной штамповки, вклю
чающий математические модели упругопластического поведения материала за
готовки и методы расчета напряженно-деформированного состояния;
- методика проектирования и математические модели электромеха
нических процессов штамповки трубчатых заготовок, оптимизация режимов
работы и форм импульса давления магнитного поля;
- результаты экспериментальных исследований операций, оснастки и обо
рудования магнитно-импульсной штамповки, внедрения новых разработок в
производство, методов и алгоритмов расчета в практику проектирования и
учебный процесс.
Методы исследования, использованные в работе;
теоретический анализ динамического взаимодействия системы "установка-инструмент-заготовка" при магнитно-импульсной штамповке с использованием основных положений теории пластических деформаций металлов и теории электрических цепей;
математическое моделирование процессов и оборудования, параметрическая оптимизация, математическая статистика и теория планирования эксперимента, а также методы переменных состояния и численного интегрирования систем дифференциальных уравнений с применением специального комплекса программ PRAD1S;
экспериментальные методы определения энергетических, силовых и деформационных параметров процессов, оборудования и оснастки с использованием специально разработанной и существующей регистрирующей аппаратуры.
Практическая значимость работы:
создана методика проектирования и разработаны компьютерные модели системы "установка-индуктор-заготовка", позволяющие сократить сроки технологической подготовки производства на стадии проектирования и освоения новых процессов, оборудования и оснастки при снижении энергозатрат;
разработаны новые решения по совершенствованию оборудования и индукторных систем на основе теоретических и экспериментальных исследований для обеспечения оптимальных режимов работы и форм импульса давления в операциях магнитно-импульсной штамповки трубчатых заготовок.
Результаты работы положены в основу выбора оптимальных параметров оснастки и оборудования. Созданы новые схемы блочно-модульных установок нового поколения.
Научные положения диссертации использованы в учебном процессе:
при написании конспектов лекций и подготовке лабораторных работ по курсам САПР, "Новые виды технологических процессов и оборудования ОМД", "Компьютерное моделирование процессов и машин ОМД";
при подготовке магистерских диссертаций, выпускных работ бакалавров, выполнении исследовательских курсовых и дипломных проектов.
Апробация работы. Основные результаты работы были доложены на международных, всесоюзных, республиканских и межвузовских конференциях, в том числе: II международной конференции "Проблемы пластичности в технологии" (г. Орел, 1998); XXIV и XXV Гагаринских чтениях (г. Москва, 1998-1999); международной конференции, посвященной 150-летию со дня рождения СИ. Мошна (г. Тула, 1999); международном научном симпозиуме в МГТУ "МАМИ" (Москва, 1999); международной конференции "Ресурсосберегающие технологии, оборудование и автоматизация штамповочного производства" (Тула, 1999) и на ежегодных конференциях профессорско-преподавательского состава ТулГУ в 1998-2000 гг.
Публикации. Основные научные положения и материалы проведенных исследований достаточно широко освещались в печати. По теме диссертации опубликовано 14 работ.
Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю д.т.н., проф. А.К. Талалаеву, а также д.т.н., проф. Н.Е. Проскурякову за оказанную помощь при выполнении работы, критические замечания и рекомендации.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, заключения и общих выводов по работе, списка литературы из 144 наименований, приложения и включает 170 страницы машинописного текста, 63 рисунка, 11 таблиц. Общий объем работы 227 страниц.