Содержание к диссертации
Введение
1 Обзор процессов холодной объёмной штамповки 18
1.1 Современное состояние процессов холодной объёмной штамповки 18
1.2 Теоретические методы решения задач пластического формоизменения 19
1.3 Осадка кольцевых заготовок 27
1.4 Получение фланцев и утолщений в сплошных и трубчатых заготовках 34
1.5 Совмещение формоизменяющих операций . 45
1.6 Ротационная ковка 49
1.7 Задачи исследования. 53
2 Основные соотношения конечно-элементного анализа Процессов упруго-пластического деформирования 55
2.1 Вариационные подходы к решению задач методом конечного элемента 55
2.2 Основные соотношения метода конечных элементов 58
2.3 Представление матрицы жёсткости 62
2.4 Пластическая деформация 64
2.5 Оценка повреждаемости заготовок 66
2.6 Взаимодействие заготовки с инструментом. 67
2:7 Трение 71
2.8 Тестовая задача 73
2.9 Результаты и выводы главы 77
3 Теоретическое исследование процессов осадки трубчатых заготовок .78
3.1: Свободная осадка кольцевых заготовок 78
3.1.1 Расчётная схема процесса 78
3.1.2 Оценка точности модели 79
3.1.3 Исследование напряжённо-деформированного состояния заготовки в процессе деформирования 82
3.1.4 Влияние геометрии заготовки и условий трения на силовые и деформационные -параметры процесса 94
3.2 Осадка кольцевой заготовки в контейнере 101
3.2.1 Осадка кольцевой заготовки в контейнере с истечением металла внутрь 102
3.2.2 Осадка кольцевой заготовки на оправке.. . 116
3.2.3 Закрытая осадка кольца 122
3.3 Осадка кольцевых заготовок в кольцевую матрицу 128
3.3.1 Расчётная схема процесса 129
3.3.2 Особенности формоизменения заготовки в процессе штамповки 13 J
3.3.3 Влияние основных параметров процесса на формоизменение заготовки в ходе деформирования: 133
3.4 Формирование фланцев на трубчатых заготовках 140
3.4.1 Получение наружного фланца пуансоном с неподвижной и подвижной направляющими 141.
3.4.2 Получение внутреннего фланца пуансоном с неподвижной и подвижной направляющими 148
3.4.3 Построение вторичных математических моделей процесса. 155
3.5 Формирование утолщений на стенках трубчатых заготовок 169
3.5.1 Формирование наружного утолщения на стенках трубчатой заготовки. 169
3.5.2 Формирование внутреннего утолщения на стенках трубчатой заготовки 175
3.6 Результаты и выводы главы 180 і
4 Теоретическое исследование процесса обжима трубчатых заготовок с утонением стенки. 184
4.1 Расчётная схема процесса 184
4.2 Исследование напряжённо-деформированного состояния заготовки в процессе деформирования 186
4.3 Влияние геометрии заготовки и условий трения на силовые и деформационные параметры процесса 190
4.4 Результаты и выводы главы 204
5 Теоретическое исследование процессов ротационнойковки 206
5.1 Ротационная ковка конических заготовок 206
5.1.1 Получение конической заготовки за счет изменения зазора между бойками 206 <.
5.1.2 Получение конической заготовки при постоянном зазоре между бойками 216
5.1.3 Получение двух конических заготовок одновременно 220
5.2 Ротационная ковка ступенчатых заготовок 223
5.2.1 Ротационная ковка одноступенчатых цилиндрических заготовок 223
5.2.2 Ротационная ковка двухступенчатых заготовок -„ 232
5.3 Результаты и выводы главы 239
6 Экспериментальные исследования и разработка технологических процессов 241
6.1. Экспериментальные исследования процесса штамповки детали "втулка с фланцем" 241
6.1.1 Методика расчёта технологических параметров процесса штамповки детали "втулка с фланцем". 245
6.2 Экспериментальные исследования процесса формирования утолщений на стенках трубчатых заготовок 247
6.2.1 Методика проведения экспериментов 241
6.2.2 Разработка технологического процесса получения заготовки полого вала с наружными шлицами 253
6.2.3 Разработка технологических процессов получения заготовок деталей газовой аппаратуры (нагревательных колонок) 255
6.3 Экспериментальные исследования процесса обжима с утонением 258
6.3.1 Оборудование, оснастка и план проведения эксперимента 258
6.3.2 . Основные результаты экспериментальных исследовании. 261
6.3.3 Отработка технологических режимов получения заготовки детали "сопло "080-
100 мм:. 267
6.4 Исследование и разработка технологического процесса получения детали "сердечник пули" 270
6.5 Результаты и выводы главы 279
7 Заключение 281
8 Список использованных источников
- Теоретические методы решения задач пластического формоизменения
- Основные соотношения метода конечных элементов
- Исследование напряжённо-деформированного состояния заготовки в процессе деформирования
- Получение конической заготовки при постоянном зазоре между бойками
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Проблема насилия и жестокого обращении с детьми — одни из самьк острьк в современной. России. С сожалением приходится констатировать, что у нас в стране сегодня широко распространились такие негативные явления, как беспризорность, бродяжничество, безработица. Нарастающая угроза духовному, социальному, психическому и физическому здоровью людей и особенно детей, не умеющих в силу своего возраста противостоять насилию, заставляет искать пути создания условий для безопасной жизни ребенка, а также способы оказания помощи ему в обеспечении социальной ориентации и раскрытии личностного потенциала.
В современной зарубежной и отечественной литературе жестокое обращение с летьми, как правило, рассматривается как одна из возможных причин аномальною развития ребенка и асоциального детства.
Анализ имеющихся исследований практической помощи детям, пережившим насилие и жестокое обращение, позволяет сделать вывод, что наиболее эффективные практики помощи детям данной категории связаны с деятельностью междисциплинарной-команды специалистов, которая объединяет профессионалов разной ведомственной принадлежности: педагогов, медиков, работников социальной сферы, правоохранительных и правозащитньк органов.
В последние десятилетия в психологии и педагогике большое распространение получили исследования, касающиеся деятельности различных профессиональных групп — педагогов, врачей, психологов, юристов, социальных работников и др. Наряду с этим немило внимания уделяется анализу деятельности межпрофессио-нальньк групп и проблемам взаимодействия в них различных специалистов. В зарубежной психолого-педагогической литературе описывается деятельность междисциплинарных команд специалистов, работающих но предотвращению насилия и жестокого обращения с детьми. Специальные исследования, посвященныедеятельности таких междисциплинарных команд, работающих с детьми в России, отражают лишь отдельные аспекты взаимодействия специалистов.
При этом отечественная практика деятельности современной школы, различных психологических и социальных центров помощи детям ориентирована па работу специалистов различных профессий, взаимодействующих между собой в целях обеспечении
рос национальная]
БИБЛИОТЕКА {
3 srsptm
эффективного результата. Поэтому изучение психологических особенностей взаимодействия профессионалов в междисциплинарной команде, работающей по предотвращению насилия и жестокого обращения с детьми, сегодня актуально как для развития психологической науки, так и для развития психологической практики.
Целью исследования является изучение психологических особенностей профессионального взаимодействия в междисциплинарной команде специалистов, работающих по предотвращению насилия и жестокого обращения с детьми.
Объект исследования — деятельность междисциплинарной команды специалистов, работающих по предотвращению насилия и жестокого обращения с детьми.
Предмет исследования — профессиональное взаимодействие в междисциплинарной команде, работающей по предотвращению насилия и жестокого обращения с детьми.
Гипотеза исследования.
Мы предположили, что основным условием, обеспечивающим возможность эффективной деятельности междисциплинарной команды специалистов, работающих по предотвращению насилия и жестокого обращения с детьми, является профессиональное взаимодействие, основанное на общем понимании проблем ребенка и его семьи; на коллективной ответственности членов команды за результаты совместных действий; на согласованности их; на ролевом и функциональном взаимодополнении усилий членов команды.
Для проверки гипотезы и достижения цели были выдвинуты основные задачи исследования:
1. Провести анализ теоретических подходов к решению проблемы насилия и жестокого обращения с детьми, а также к изучению проблемы взаимодействия специалистов, работающих в направлении их предупреждения.
Выявить психологические условия эффективной работы междисциплинарной команды специалистов, работающих по предотвращению насилия и жестокого обращения с детьми.
Экспериментально изучить личностные и социально-психологические особенности специалистов, способствующие их эффективному взаимодействию в команде, работающей по предотвращению насилия и жестокого обращения с детьми.
Методы исследования. Для изучения психологических особенностей профессионального взаимодействия специалистов в междисциплинарной команде, работающей по предотвращению насилия и жестокого обращения с детьми, нами был разработан методический комплекс, направленный на изучение их личностных и социально-психологических особенностей, а также оценку эффективности деятельности данной категории команд. В методический комплекс вошли следующие группы методов и методик; изучение коммуникативного, потенциала личности (А. Меграбиан); выявление уровня субъективною контроля (Е.Ф. Бажин, ЕА Го-лынкина, А.М.Эткинд); определение уровня развития субъектно-сти личности (И.А. Серегина): экспресс-методика по изучению социально-психологического климата в коллективе (О.С. Михалюк. АЛО. Шалыто): методика «Индекс групповой сплоченности Сишо-ра», позволяющая определить степень интеграции группы; методика, выявляющая ценностно-ориентационное единство коллектива (Р.С. Вайеман и Л.Э. Комарова), а также метод экспертных оценок по разработанным нами критериям и показателям.
Теоретическая значимость исследования заключается в том. что была обоснована необходимость организации деятельности междисциплинарной команды специалистов, объединяющей профессионалов разной ведомственной принадлежности для работы по предотвращению насилия и жестокого обращения с детьми. Выло подтверждено, что командная работа является наиболее эффективным средством помощи семьям и детям, пережившим насилие. Раскрыты психологические особенности профессионального взаимодействия в междисциплинарной команде специалистов, работающих по предотвращению насилия и жестокого обращения с детьми. Выявлено влияние личностных и групповых характеристик членов команд на эффективность функционирования междисциплинарной команды специалистов, которое четко проявляется в рассматриваемых условиях деятельности.
Научная новизна исследования заключается в том, что впервые в психологии процессы формирования и деятельности междисциплинарной команды специалистов, работающих по предотвращению насилия и жестокого обращения с детьми, становятся предметом специального теоретического анализа и эмпирического изучения.
В процессе исследования проведена систематизация научных знаний о деятельности социально ориентированных междисции-
линарных команд специалистов. В рамках работы теоретически описаны и проанализированы сущность и содержание понятия «междисциплинарная команда специалистов, работающих по предотвращению насилия и жестокого обращения»; показано, как в процессе реализации своей деятельности команда ориентируется на решение организационных и содержательных задач. Предложен новый подход к формированию команды как группы взаимодействующих в процессе совместной деятельности специалистов — представителей различных ведомств. Полученные результаты в совокупности представляют собой модель социально ориентированной междисциплинарной команды специалистов и могут быть использованы при решении широкого круга задач по формированию и планированию деятельности подобных команд. Выявлены основные закономерности формирования междисциплинарной команды, работающей по предотвращению насилия и жестокого обращения с детьми.
Практическая значимость диссертационной работы состоит в том, что были разработаны принципы формирования и модель деятельности междисциплинарных команд специалистов, работающих по предотвращению насилия и жестокого обращения с детьми. Сформирован пакет методик диагностических исследований, который позволил получить информацию об общих принципах организации и работы изучаемых групп, личностных и профессиональных характеристиках их участников; разработана модель личностных и профессиональных характеристик членов команд.
Результаты изучения опыта деятельности существующих команд этого типа могут быть использованы в практической работе, направленной на предотвращение насилия и жестокого обращения с детьми. Анализ особенностей такой деятельности, выделенные этапы формирования соответствующей команды и разработанный многосторонний метод диагностики ее могут применяться при формировании междисциплинарных команд данного типа. В результате исследования создана программа обучения специалистов, работающих, в междисциплинарной команде по предотвращению насилия и жестокого обращениях детьми.
Экспериментальная база исследования: исследование проводилось в условиях подготовки междисциплинарных команд и межпрофессиональных групп Нижнего Новгорода и Нижегородской области. Всего в исследовании принимали участие 136 специалистов: педагогов, социальных педагогов, психологов, врачей, пред-
ставителей правоохранительных органов, представителей комиссий по делам несовершеннолетних и защите их прав.
Положения, выносимые на защиту:
В современных условиях для предотвращения насилия и жестокого обращения с детьми, а также для организации эффективной помощи семьям и детям, пережившим насилие, наиболее эффективным является организация деятельности междисциплинарной команды специалистов, которая объединяет профессионалов разной ведомственной принадлежности: педагогов, медиков, социальных работников и работников правоохранительных и правозащитных органов.
Профессиональное взаимодействие — это своеобразное мпо-гофакторное явление, обеспечивающее эффективность деятельности междисциплинарной команды, работающей по предотвращению насилия и жестокого обращения с детьми. Такое взаимодействие характеризуется единством ценностно-ориентационных вхглядов членов команды, высоким уровнем их сплоченности, доминированием качеств, связанных с содержанием совместной деятельности, сочетанием общественно значимых и личностно значимых целей, наличием благоприятного психологического климата в команде.
Междисциплинарная команда — это группа людей с комплементарными навыками, объединенных общей целью, идеологией, методологией и общими задачами. Отличительными особенностями междисциплинарной команды специалистов, работающей по предотвращению насилия и жестокого обращения с детьми, являются:
общее видение проблем ребенка и семьи:
наличие общей цели деятельности:
согласованность действий членов команды:
функциональное и ролевое взаимодополнение членов команды;
наличие единых протоколов действий;
групповая ответственность членов команды за результаты совместных действий;
способность быстрого реагирования на ситуацию, в которую попал ребенок.
4. Профессиональное взаимодействие в междисциплинарной
команде специалистов, работающих по предотвращению насилия
и жестокого обращения с детьми, обусловлено совокупностью сле
дующих личностных особенностей членов команды: высоким уров-
нем развития субъектности специалистов; способностью контролировать значимые ситуации в жизни, проявлять уверенность и спокойствие; высоким чувством ответственности за успехи в области производственных и межличностных отношений; способностью проявлять сочувствие, сопереживание; стремлением сотрудничать с другими; восприимчивостью к мнению других и критике в свои адрес.
Апробация результатов исследования. Результаты исследования апробированы на заседаниях кафедры психологии управления, на заседании совета Института психологии Нижегородского государственного педагогического университета.
Материалы диссертационного исследования докладывались и обсуждались на международных конференциях и семинарах (Варшава, 2003; Львов, 2000; София, 2002; Нижний Новгород, 2002; Петрозаводск, 2001), на всероссийских совещаниях и конференциях (Москва, 2001, 2002; Нижний Новгород, 2000, 2003), региональных научно-практических семинарах и конференциях (Нижний Новгород, 1999—2004; Казань, 2003), районных конференциях, организованных в Нижегородской области (в г. Лукояно-ве, 2001—2003; Павлове, 2002; Богородске, 2002; Варнавине, 2002-2003; Первомайске, 2002—2003; Семенове, 2003), и в Республике Марий-Эл (в г. Козьмодемьянске).
Материалы исследования вошли в содержание курсов по педагогической, возрастной и социальной психологии; по организации профессиональной деятельности практического психолога образования на психолого-педагогическом факультете Нижегородского государственного педагогического университета, на психологическом факультете Нижегородского филиала Московского гуманитарного института.
Структура диссертации.
Работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы и приложений. Текст иллюстрирован таблицами и диаграммами.
Теоретические методы решения задач пластического формоизменения
Теория определения напряжённо - деформированного состояния в случае упруго- пластических и малых пластических деформаций идеально пластических и упрочняющихся тел разработана в трудах советских и зарубежных учёных. Точным аналитическим методом решён ряд задач. Однако для тел с неоднородными механическими свойствами ситуация другая: Пластическая неоднородность сильно влияет как на механику пластического равновесия тела, так и на чисто математическую сторону вопроса.,В значительной степени усложняются уравнения, теряют силу некоторые привычные теоремы и представления. Трёхмерные задачи пластической неоднородности почти не изучены.
В случае конечных деформаций пластически неоднородных тел неизмери мо возрастают математические трудности, что делает точное аналитическое решение этой задачи практически невозможным. Поэтому при решении задач обработки металлов давлением, в которых имеют место конечные пластические деформации, широкое распространение получили приближённые аналитические инженерные методы,, опирающиеся на теорию малых пластических деформации.
Метод совместного решения приближённых уравнений равновесия и пластичности и др. позволил;интегрированием обыкновенных дифференциальных уравнений получить аналитические зависимости усилий деформирования при і ковке,. горячей: И: холодной штамповке, прокатке и других процессах от ряда: различных факторов. Но этот метод не позволяет учитывать неравномерность деформации, неоднородность свойств и упрочнения по объёму заготовки; а: также зависимость- сил: контактного трения от упрочнения, при контактного слоя.
Метод характеристик, разработанный в математической теории пластичности, позволил получить точные замкнутые решения: некоторых простых задач. В прикладной теории пластичности широко применяются такие приближённые варианты; метода, как численное, интегрирование уравнений характеристик, графическое построение линий скольжения на основании теорем Генки - Пран-дтля, построение линий скольжения в виде ломаных линий.
Дальнейшее упрощение построения линий скольжения привело к: методу верхнеграничных оценок, когда поле линий скольжения заменяется более простым кинематически возможным полем, состоящим из жёстких блоков и удовлетворяющим граничным условиям. Этот методов частности, использован для определения усилия высадки из прутковой заготовки:
Методом І характеристик (линий скольжения) решены многие задачи теории обработки металлов давлением (ОМД). Метод позволяет определять усилие деформирования, формоизменение заготовки, напряжения по объёму заготовки, находить границы раздела жёсткой и пластической зон. Однако следует отметить, что метод характеристик строго справедлив лишь для плоских задач.. Весьма ограничено применение метода для осесимметричных задач и практи 23 чески неизвестны решения объёмных задач для пластически неоднородных тел.
Метод сопротивления материалов пластическим деформациям позволяет определять усилия и - формоизменение при конечных пластических деформациях, когда процесс деформирования носит монотонный характер. В общем случае процессы холодной объёмной штамповки немонотонны и применение указанного метода ограничено.
Сложность процессов деформации привела к созданию экспериментально-расчётных методов их изучения. Среди этих методов следует отметить метод делительных сеток, весьма эффективный при изучении плоской и, в некоторых случаях, осесимметричной деформации, метод твёрдости, позволяющий определить напряжения и деформации в любом сечении заготовки после холодной пластической деформации. Экспериментальные методы обладают широкими возможностями, но весьма трудоёмки. Широкое применение для решения задач ОМД;получили-приближённые вариационные методы.
. Для. исследования, пластической деформации; используется принцип возможных изменений деформированного состояния (принцип Лагранжа). \\\ndV-An = 0, (1.10) где Я- потенциал деформации; К- объём деформируемого тела; Ап - работа внешних сил.
Вариационное уравнение (1.10) объединяет в себе дифференциальные уравнения равновесия и соответсвующие граничные условия.
Для расчёта напряжённого состояния используется: принцип возможных изменений напряжённого состояния, который является обобщением принципа Кастильяно на случай пластического деформирования.
Широкий круг технологических задач ОМД позволил решить принцип возможных изменений напряжённого и деформированного состояний, сформулированный В; Л. Колмогоровым. Вариационный метод с использованием этого принципа позволяет определить поле напряжений и скоростей в фиксированный момент времени в объёме деформируемого тела с учётом массовых сил, неоднородности, неизотропности, сжимаемости и других особенностей обрабатываемого материала. Метод даёт возможность исследовать процессы, когда: пластическая деформация охватывает не весь объём тела и границы очага деформации, неизвестны. Вариационное уравнение принципа эквивалентно системе дифференциальных уравнений теории пластичности при соответствующих граничных условиях.
Вариационные уравнения сами по себе не уменьшают сложности решения конкретных задач. Решение вариационных уравнений классическим способом при. помощи;уравнений Эйлера невозможно из-за непреодолимых математических трудностей. Поэтому для решения прикладных задач ОМД используют приближённые, так называемые прямые методы Ритца, Канторовича, вариационно - разностный, конечных элементов и др.
Основные соотношения метода конечных элементов
Заметим, что коэффициенты матрицы С зависят от координат г и z точки внутри элемента. Для треугольника с узлами в вершинах координаты гиг можно заменить средними по элементу значениями: Г=-(П +Г2- + ПЇ z = -(zl +22 +z3) Вектор напряжений а имеет вид: сг = а. Выразим с помощью линейного закона, выражаемого матрицей жёсткости, напряжения через узловые перемещения x = D- = D-C-u, (2.13) где )- матрица материальных констант. Потенциальная энергия деформации элемента с учётом (2.11) и (2.12) U We=-uT- \СТ -D-C-dV-u (2-14) Интеграл в выражении (2.13) есть матрица жёсткости выбранного элемента Ке= jCT-D-C-dV; (2.15)
Элементарный объём dV = lnrdrdz. Поэтому матрица жёсткости элемента записывается следующим образом: K = CT-D-C-2xr-S, (2,16) где S- площадь элемента. С учётом проделанных преобразований уравнение равновесия элемента через узловые перемещения выражается в форме: Р = К-ІЇ, (2.17) где К -матрица жёсткости; Р, и - векторы внешних сил и узловых перемещений jсоответстве н но..
При наличии упругих и, пластических деформации связь между напряжениями и деформациями нелинейна. Решение нелинейной системы уравнений весьма трудоемко. Поэтому при использовании деформационной теории часто используют кусочно-линейный закон связи напряжений и деформации. Тогда при решении задачи; в приращениях напряжений Лет и деформации Л є, связь между которыми можно считать линейной, получаем систему линейных уравнений: АР = К-Аи (2:18). Одним из способов решения задачи в приращениях является метод последовательных нагружении.. Для квазистатической задачи приращения внешних сил АР вычисляются на шаге по времени At При этом вектор внешних сил Р в момент времени t равен: где п - шаг нагружения. Таким образом, с учётом вышеизложенного, вариационное уравнение равновесия в матричной записи принимает вид: дР-( .Ди.у (2:19). о о где Дії-вектор приращений перемещений. Представление матрицы жёсткости
В пределах упругости связь между приращениями напряжений и деформации выражается законом Тука. Согласно ему компоненты приращений деформации являются линейными функциями приращений напряжений. Пластическое состояние материала описывается теорией малых упругопластических деформации Ильюшина. Принимается теория изотропного упрочнения. Объёмная деформация в пластической зоне остается упругой и для нее выполняется объёмный закон Гука: 0-относительное изменение объёма. Модуль объёмного сжатия к для изотропного тела в случае осесимметрич-ной деформации имеет вид: Е Модуль сдвига G связан с модулем Юнга Е и коэффициентом Пуассона v формулой: в упругой области и G = в пластической. 2-(1 +к) 3 Здесь Я - касательный модуль упрочнения. Коэффициент Ляме - X определяется формулой: Следует особо отметить, что использовать матрицу жёсткости в таком виде для пластического состояния можно, только связывая приращения деформации и напряжений, о чем было сказано ранее при выводе уравнения равновесия.
Зная текущее состояние элемента, предел текучести, накопленную деформацию и приращения внешних сил, можно определить изменение напряжённо-деформированного состояния на шаге приращения перемещений Ли и сил АР, используя для вычисления К по формуле (2.15) упругое или пластическое представление матрицы жёсткости. 2.4 Пластическая деформация
Пластическая деформация твердого тела рассматривается в рамках деформационной теории пластичности. Приняты следующие исходные положения: — тело изотропно; — относительное изменение объёма мало и является упругой деформацией, пропорциональной среднему давлению: в = Зка или Ав = ЪкАаср; — полные приращения составляющих деформации Лщ складываются из приращений составляющих упругой деформации Aeeij и пластической деформации ASpf Ає0=Аєеу+Аєрі/,; — девиаторы приращений напряжения и деформации пропорциональны: AD=WADa. Напряжённо-деформированное состояние элемента на і+l шаге характеризуется интенсивностью деформации {. л/2: є,= : (єп--е„)2-+(є„. -еш)2 + (є -єт)2 +-(4 + e%+s B); з где Sij - компоненты тензора деформации. Если интенсивность деформации какого - либо конечного элемента превысила текущий предел упругости по деформациям є: єе,то этот элемент переходит из упругого в пластическое состояние. Если материал упрочняется при пластическом деформировании, то соответствующая пределу упругости деформация е увеличивается на величину Аєе (Рис. 2.4.1):
Исследование напряжённо-деформированного состояния заготовки в процессе деформирования
Расчётные данные, аналогично эксперименту, показывают, что в опытах № 4, 5 происходит закрытие полости заготовки (отрицательные значения изменения радиуса на внутренней поверхности в средней части заготовки). В опытах №1-3 полость заготовки раскрывается.
Проведенные экспериментальные исследования показали, что характер течения материала в процессе осадки существенно зависит от относительной высоты заготовки S/H.
При осадке толстостенных заготовок (S/H 0,5) наблюдается двустороннее течение материала, которое обуславливает получение бочкообразных внутренней и наружной поверхностей, что является характеристикой устойчивого протекания процесса в условиях трения (Рис. 3.1.4а).
При очень тонкой стенке осаживаемой заготовки (S/H 0,3) появляется продольный изгиб в сторону внешней поверхности (Рис. 3.1.46). Таким образом, результаты моделирования полностью подтвердили экспериментальную картину деформирования кольцевых заготовок с разными соотношениями S/H.
Если в процессе осадки кольцевой заготовки идеально гладкими плитами форма её поперечного сечения остается неизменной, а напряжённое состояние является однородным, то при наличии сил трения картина течения материала существенно зависит от относительной высоты заготовки и напряжённо-деформированное состояние по сечению заготовки очень неоднородно. Поэтому при оценке напряжённо-деформированного состояния кольцевой заготовки рассматривались два случая формоизменения: осадка толстостенных заготовок с отношением S/H 0,5 и осадка тонкостенных заготовок с относительной толщиной стенки S/H 0,5.
Исследовался процесс осадки стальной кольцевой заготовки. Материал за готовки сталь У10А с механическими свойствами: модуль Юнга- Е = 200 ГПа, касательный модуль - Н = 800 МПа, предел упругости ау = 300 МПа, коэффициент Пуассона v = 0.3.
Геометрические размеры осаживаемых заготовок приняты следующими: диаметры )=100 и 200 мм., высотаЯ=30,8 и 66,7мм., толщина стенки 5=20 мм., соотношения размеров заготовки S/H=0,65 и 0,3. Степень осадки принималась tdijH = 30%. Коэффициент трения на границе контакта принят равным р=0,5.
Осадка толстостенных заготовок; как было отмечено выше, характеризуется образованием бочкообразной- поверхности, как на внутренней, так. и на внешней стенке заготовки. На Рис. 3.1.5 представлена картина формоизменения: кольцевой заготовки с относительной толщиной стенки S/H=0,65. Стрелками на рисунке. указано направление течения материала заготовки в процессе деформирования. В данном-случае, оно является двусторонним. Это объясняет одновременное увеличение радиусов внутренней и: внешней поверхностей; Материал, находящийся на внутренней поверхности, перемещается к центру заготовки, тем самым, закрывая полость, а материал с внешней поверхности течет наружу, образуя бочкообразную стенку.
Течение металла внутри заготовки также двустороннее. При этом границей раздела течения материала является цилиндрическая поверхность, которую принято называть критической или нейтральной.
Развитие пластической области (затемненная часть заготовки) в процессе нагружения показано на Рис. 3.1.6. Анализ приведенных рисунков показывает, что развитие пластической области начинается на начальном этапе деформирования (этап 2). Упругая зона распространяется в виде треугольника (светлая область). С течением времени она вырождается, и область пластической деформации охватывает всю заготовку.
Распределение интенсивности напряжений по сечению образца (Рис. 3.1.7) неоднородно. Минимальные её значения соответствуют области заготовки, находящейся непосредственно под инструментом в центре.
Картина распределения интенсивности деформации по сечению заготовки также неоднородна (Рис. 3.1.8). Максимальные величины деформации сосредоточены на оси симметрии заготовки в области наибольшего изменения толщины стенки. Тогда как на границе контакта заготовки с инструментом значения степени деформации незначительны, что согласуется с экспериментальными данными.
Получение конической заготовки при постоянном зазоре между бойками
Свободная осадка кольцевой заготовки, как было показано, сопровождается двусторонним течением металла в ходе деформирования. Однако в некоторых процессах требуется: выдержать неизменным внутренний" или: внешний: диаметр кольца. В этих случаях используют контейнер, ограничивающий изменение внешнего диаметра, или оправку, регулирующую изменение внутреннего диаметра. Кроме того, может быть использован процесс, при которой заготовка осаживается в контейнере, что позволяет получить заготовку с заданными размерами внутреннего и внешнего диаметров.
В отличие от свободной осадки кольцевой заготовки в этих процессах существенное влияние на формоизменение заготовки оказывает трение на поверхности контакта материала и контейнера, которое может привести к значительной неравномерности деформации по сечению полученной заготовки.
Узлы, принадлежащие отрезку АВ, относятся как к инструменту, так и к заготовке. В силу непроницаемости инструмента они могут перемещаться только вдоль его границ по горизонтали в направлении-оси заготовки и вместе с ним по вертикали.
Перемещение узлов отрезка-ВС ограничено в радиальном направлении в сторону возрастания радиальной координаты в силу непроницаемости границ инструмента.
Узлы, принадлежащие отрезку CD, относятся как к инструменту, так; и к заготовке: В. силу непроницаемости инструмента они могут перемещаться только вдоль его границ по горизонтали в направлении оси заготовки.
Отрезок AD есть свободная поверхность заготовки; Перемещение узлов, относящихся к ней, ничем не ограничено и происходит в соответствии с заданными свойствами материала.,
С целью; проверки модели был выполнен расчёт процесса осадки кольцевой заготовки из свинца с размерами: диаметр D=36 мм, высота Н=50 мм; толщина стенки S=8 мм при предельном трении на поверхности контакта материала и инструмента. Сравнение полученных численных результатов с результатами эксперимента (Рис. 3;2.2) показало,,что предлагаемая модель реально отражает картину формоизменения заготовки в процессе деформирования..
Рассмотрен процесс осадки заготовки с размерами: диаметр D= 125 мм; высота #=30,8 мм; толщина стенки 5=20 мм из стали У10А. Степень обжатия принималась равной 30 %. Коэффициент трения на границах контакта ju=0,3.
На Рис. 3.2.3 представлена картина формоизменения образца в-процессе деформирования. Стрелочками на рисунке указано направление течение металла, соответствующее реальным условиям протекания операции. То есть течение металла одностороннее, направлено к оси заготовки.
В нижней части заготовки существует явно выраженная зона затруднённого течения, наличие которой подтверждается картинами развития пластической области в ходе нагружения (Рис. 3.2.4).
Распределение интенсивности напряжений и деформации по сечению заготовки неоднородно. Максимальные значения этих величин достигаются у свободной поверхности заготовки, а у поверхности инструмента, особенно в углах значения интенсивностей напряжений и деформаций существенно меньше (Рис. 3.2.5).
Для оценки напряжённо-деформированного состояния были рассмотрены наиболее характерные области заготовки, выделенные элементами 1 - 6 (Рис. 3.2.6), которые соответствуют внутренней. (свободной) поверхности (элементы 1 - 3) и внешней стенке заготовки, граничащей с контейнером (элементы 4-6).
На графиках (Рис. 3.2.7, Рис. 3.2.8) представлены графики изменения компонентов напряженийв исследуемых элементах. Анализ трафиков показал, что на свободной поверхности заготовки реализуются,большие величины напряжений. При этом во всех исследуемых элементах окружное, радиальное и осевое напряжения являются сжимающими.. Исключение составляет элемент 4, находящийся на границе-контакта;с нижней плитой и, стенкой- контейнера:,В: нем напряжения хг и с$ близки к нулю.
Наибольшие значения компонентов напряжений на внутренней поверхности заготовки реализуются в областях, прилегающих к пуансону и нижней плите, а наименьшие - в средней: её части; На границе контакта заготовки с контейнером компоненты напряжений. изменяются от максимальных значений на поверхности пуансона до минимальных значений на границе контакта с нижней плитой, причём это изменение составляет 400 - 500 %.
Вдоль поверхности пуансона,от стенки контейнера к оси заготовки: контактные нормальные напряжения увеличиваются на 250 %.
Как видно из Рис. 3.2.7 а, б значения напряжений при осадке в контейнере значительно превышают величины напряжений, реализуемых прю свободной осадке заготовки того же диаметра;
На Рис. 3.2.9; Рис. 3.2.10 представлено распределение деформаций в исследуемых элементах. Анализ графиков показал, что для;всех рассмотренных элементов осевые деформации;ez являются сжимающими; радиальные ег - растягивающими, тогда; как окружные eg -.у свободной поверхности находятся в; фазе растяжения, а на границе контакта с контейнером равны нулю. Наибольшие окружные деформации ед элементов свободной поверхности реализуютсяв средней части заготовки, а наибольшие осевые деформации ez -на границе контакта с нижней плитой.
