Введение к работе
Актуальность рабо.тн» В машиностроении конпуронтноспособпыми являются технологические процессы, обеспечивающее минимальные себестоимость и материалоемкость изготовления деталей. Яри опитном я мелкосерийном производстве к тазам процессам относятся методы обработки листового материала давлением с примененной эластичных сред, в частности магнитно-эластоимпульсная ттаэтговка. Применительно к формообразующим операции данный метод обладает рядом преимуществ по сравнении со штамповкой еластичними срадауя на кризопипных и гидравлических прессах за счет более" высоких достижимых степенеа формоизменения я точности получаемых деталей. Точность доззроааккя энергии и отсутствие контакта с жидкостью выгодно отлачапт ввгнпт-но-эластоиотульсную_формовку /ЮШ/ от электрогидроишульской и гидроударной. Эффективность промышленного применения МЭИФ в значительной степени определяется уровнем разработки научных и практических рекомендаций для выбора оборудования, проектирования технологической оснастки. Такие рекомендации могут быть даны на осново расчета энергосиловых я деформационных параметров процесса. В разработанных в настоящее время моделях расчета технологического устройства МЭИ нэ учитывались взаимное влияние нестационарной диффузия магнитного поля и металл индуктора и подзикного элемента на индуктивность н сопротивление разрядного контура изгнитно-иыпуль-сной установки /МИУ/, а также песткостн систеш эластичная среда-заготовка на параметра давления в эластичной среде при учете реального характера деформирования заготовки как динамической системы о распределенными параметрами, моделируемой моментной оболочкой аз упрочняемого материала. Учет этих факторов ара разработке математических моделей МЭИФ позволит более точно прогнозировать энергосало-аые н деформационные характеристика процесса и поэтому представляется актуальным. Актуальными представляются также комплексные экспериментальные исследования процесса, на основе которых определяется корректность принятых при математическом моделировании допущений и оценка точности прогнозирования технологических параметров. Кроме того,актуальными в области практического применения методов МЭИФ представляются исследования, связаннее интенсификацией процесса за счет увеличения предельного формоизменения заготовка, а также исследования динамических характеристик эластичных сред.
Работа выполнялась в соответствии с научно-технической ггрог-рашоЙ ГК по НТ 0.72.06 задания 08, а также в рямлах программы ГК РФ по выспому ооразованию по фундаментальным исследованиям технологических проблей производства авиакосиической техники /Грант №3390 "Математическое моделирование процессов электрогидроишгульсной и магнитно-эластоичпульсной штамповки листовых деталей авиационных двигателей"/.
Цель работы,. Целью работы является разработка на основе комплексных теоретических и экспериментальных исследований научно-обоснованных методик проектирования технологических процессов ЫЭШ, расширяющих технологические возможности процесса за счет увеличения предельного формонзменония детали, снижения брака и улучшения эксплуатационных характеристик деталей, а также разработка технологических процессов получения конкретных производственных деталей на данной основе.
Научная новизна,. Разработана математическая модель преобразования давления в технологическом устройстве для МЭИ, учитывающая в комплексе взаимное влияние переходных электрических процессов в разрядном контуре, диффузии магнитного поля в материал индуктора и подвижного элемента, движения подвижного элемента, а также жесткости системы эластичная среда - заготовка. При определении жесткости учитывалось динамическое деформирование заготовки, как системы с распределенными параметрами из изотропного упрочняемого материала с учетом рельефа формовочной матрицы. При этсы сделана оценка применимости модели безшментной оболочки путем сопоставления прогнозируемых параметров деформзрованного состояния с решением задачи при учете ее момэнтности. Выполнены комплексные экспериментальные исследования параметров МЭИФ. Предложена методике определения динамической сжимаемости эластичных сред. Показана возможность увеличения предельного формоизменения заготовки путем предварительной обработки его материала импульсным магнитным полем /ИМП/.
Методы исследования. Математическое моделирование осуществлялось на основі уравнений мехьники упруго ^пластического деформирования коментных ж безмоментных оболочек, теоретической электротех-2
ники, а также общих уравнений механики сплошных сред. Разработка алгоритмов' численного решения поставленных задач на ЭВМ осуществлялась на основе методов вычислительной алгебры и анализа. При выполнении экспериментальных исследований использовались специально разработанные измерительные преобразователи для регистрации параметров разрядного тока, напряженности магнитного поля и импульсного давления в эластичной сроде с предварительной их тарировкой в условиях, близких к реальным. Использовались методы статистической обработки опытных данных и моделирования. Корректность основных допущений подтверждалась экспериментально.
Практическая ценность п реализация работы. На основе теоретических я экспериментальных исследований разработана методика расчета энергоемкости процесса н допустимого предельного формоизменения. Разработаны технологические рекомендации по оценке эффективности . применения МЭИФ для изготовления конкретных деталей. Определен динамический модуль объемного сяатия полиуретана СКУ-6Л. Оценена эффективность применения матриц из легкоплавких материалов в условиях МЭИФ. РазработанКнерасчетные методики использованы при проектировании технологических процессов ряда промышленных деталей. Материалы работы использованы в учебном процессе по специальности 1204 "Машины и технология обработки металлов давлением".
Автор защищает., комплекс расчетных моделей, определяющих преобразование давления в технологическом устройстве и деформирование заготовка при магнитно-эластоимпульсной формовке, позволяющих определить потребную энергоемкость, параметры напряженно-деформированного состояния заготовки н оценить ее допускаемое формоизменение; результаты расчетов параметров разрядного тока, напряженности импульсного магнитного поля, давления в эластичной среде и характера формоизменения заготовки при МЭИФ; результаты математического эксперимента по оценке влияния ыоментностд оболочки на ее деформированное состояние; алгоритмы численного решения поставленных задач на ЭВМ и их программную реализацию; результаты экспериментальных синхронных измерений параметров разрядного тока,, напряженности магнитного поля и давления в эластичной среде при деформируемой заготовке; методику определения динамических характеристик сжимаемости эластичных сред и результаты экспериментов по нахождению динамического модуля объем-
кого сжатия полиуретана СКУ-6Л; методику проектирования технолог! ческих процессов МЭЙ$, основанную на использовании расчетных моде-1 лей, а также экспертных оценок целесообразности применения данного иетода; результаты исследований по оценке эффективности формовочных матриц из легкоплавких материалов в условиях МЭИФ; технологические процессы для ряда промышленных деталей.
Публикации и апробация работы. Основное содержание работы отражено в 4 печатных работах, а такие в отчетах по 'НИР, проводимых кафедрой МиТСВД, СПбГТУ /ЛСД/. По материалам;работы сделаны сообщения на 5-ой научно-технической конференции "Электрический разряд в жидкости и его применение в промышленности" /г.Николаев, 1992 г./. Работа докладывалась на научно-технических семинарах кафедры "Машины и технология обработки металлов давлением" СПоТТУ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка использованной литературы в количестве S8 наименований, приложений и содержит 116 страниц машинописного текста, 53 рисунка, 17 таблиц.