Введение к работе
Актуальность работы. Совершенствование технологии . кузнечно-ітамповочного производства требует создания устойчиво работающих мето-ик и программ для расчёта и оптимизации конкретных технологических провесов.
Наличие таких методик и программ позволит принимать обоснованные гхнологические решения и проектировать процессы кузнечно-штамповочного роизводства, обеспечивающие изготовление качественных изделий с мини-альными приведенными затратами. Особенно велика роль современных мето-эв расчёта в автоматизированном кузнечно-штамповочном производстве, где готьемлемой частью решаемой технической проблемы является анализ фор-оизменения при заполнении полости штампов на различных переходах. По шным таких расчетов делаются практические выводы о форме штампов и за-этовок, о рациональных технологических режимах, что позволяет снижать рипуски и напуски, повышать стойкость штампов, снижать энергозатраты и эудоёмкость изготовления механической обработкой готовых деталей из по-^чешхых заготовок.
Следовательно, вполне логично говорить об общей и важной тенденции ізвития современного, в особенности автоматизированного, производства в :хнологии машиностроения, заключающейся в гарантировании стабильности іравляемьіх параметров качества, в том числе и за счёт применения матема-іческих моделей, устанавливающих взаимосвязь между ними и влияющими і них факторами. На основе применения таких моделей может определяться :обходимость изменения режимов технологического процесса. Вопрос о том, эстаточно ли иметь математическую модель процесса, чтобы обеспечить за-шное качество продукции при высоких технико-экономических показателях, шяется, скорее всего, дискуссионным, поскольку требуется ещё обеспечить .шолнение принятых проектных решений технологическими и производст-:ннымн мерами. Однако, несомненно то, что автоматизация управления решивши технологическими процессами зависит во многом не столько от воз- . ожностей и надежности машин, которые непрерывно расширяются, сколько г наличия разработанных, надежных с точки зрения реального производства эделей.
Этим объясняется актуальность исследований, направленных на созда-їє математических моделей и методов их численной реализации в объёмной тамповке (ОШ). Многие из таких моделей созданы и создаются на основе пленного метода конечных элементов, наиболее популярного в настоящее >емя.
Наряду с этим как за рубежом, так и в нашей стране разрабатываются гтоды расчета и оптимизации технологических процессов, основанные на ісленном методе граничных элементов (МГЭ).
Данная работа посвящена совершенствованию технологии ОШ на основе применения современных методов расчета и оптимизации, базирующихся на МГЭ и алгоритме обратной прогонки динамического программирования (ДП).
МГЭ имеет свои достоинства, в связи с чем он развивается и будет развиваться применительно к решению технологии задач ОМД. Современный взгляд на возможности МГЭ, на основе имеющихся публикаций, сводится к тому, что практически во всех задачах механики сплошной среды этот метод является, по крайней мере, конкурентоспособным по отношению к методу конечных элементов (МКЭ) и другим численным методам.
Развитие и отработка различных алгоритмов численного метода имеют первостепенное значение, т.к. эти расчёты многократно повторяются как при решении расчётных, так и при решении оптимизационных задач.
Учитывая проблему существенного роста размерности решаемых оптимизационных задач, в частности задач ДП, рассмотренный в настоящей работе подход к совершенствованию гранично-элементных расчетов представляется актуальным.
Актуальность темы определяется применимостью разработанных расчётных и оптимизационных схем технологических процессов ОШ, базирующихся на МГЭ, к решению задач снижения металло- и энергозатрат и повышения стойкости штампов за счет применения оптимальной схемы штамповки и оптимальных промежуточных форм и размеров полуфабриката, а также благодаря возможности уменьшения протяжённости стадии доштамповки.
Цель работы. Совершенствование технологии ОШ путём применения уточнённых гранично-элементных расчётов в целях повышения технике - экономических показателей процессов основанных на разработке рациональных и оптимальных технологических решений.
Методы исследования. Теоретические исследования базируются на основных положениях механики сплошной среды, теории пластического деформирования металлов, фундаментальных закономерностях МГЭ и принципах ДП, определяющих его реализацию в алгоритме обратной прогонки.
Теоретические алгоритмы реализованы на ЭВМ.
Экспериментальные исследования выполнялись в лабораторных условиях на свинцовых образцах для поковок, характеризующихся схемами плоского и осесимметричного деформированного состояний.
Автор защищает результаты разработки новых расчётных схем МГЭ позволяющих более эффективно выполнять расчеты для технологических процессов, в которых важно описание форм полуфабрикатов двухточечными граничными элементами и тех форм поковок и полуфабрикатов, в которых существенна роль точек, принадлежащих участкам с разными граничными условиями (ГУ); применение МГЭ в алгоритме обратной прогонки динамического программирования для возможности более адекватного математического описания реального протекания технологических процессов по многошаговой схеме оп-
імизации по критершо минимальной работы деформирования; возможность правления технологическими параметрами процесса ОШ на основе гранично-іементньїх расчётов позволяющих уменьшать протяжённость стадии доштам-овки, снижать энергозатраты на реализацию процесса, уменьшать максималь-ое усилие деформирования и соответствующие нагрузки на штамп.
Научная новизна. .Усовершенствована методика гранично-элементного расчета процессов ОШ утем введения двухточечных граничных элементов с линейным изменением ісчетного параметра (перемещения (и) и напряжения (о)). Разработана методика введения в расчетный алгоритм «особых» точек, при-эдлежащих одновременно двум граничным элементам (ГЭ) с различными ГУ. .Усовершенствована методика многошагового оптимизационного расчета роцессов ОШ, основанная на алгоритме обратной прогонки ДП. Применение рамках этой методики МГЭ позволяет определять оптимальные схемы штам-овки и формы заготовительных переходов для сложных поковок с реальными гологическими свойствами.
Развито управление параметрами процесса ОШ путем применения гранично-іементньїх расчетов формоизменения, выполненных по схеме решения обрат-ых задач в целях уменьшения протяжённости стадии доштамповки, снижения еталло- и энергозатрат, полных и удельных усилий штамповки.
Практическая ценность и реализация работы. Основные положения на-гоящей работы могут быть применены для расчётов и оптимизации практиче-ш любых типов поковок, изготавливаемых ОШ. Разработан расчётный аппа-ст, позволяющий управлять, показателями процессов ОШ, что показано на римерах расчётных схем и алгоритмов для поковок получаемых электровы-їдкой и ОШ. Применение МГЭ в оптимизационных расчётах процессов ОШ, удет способствовать снижению их трудоёмкости методом ДП, связанной с роблемой размерности решаемых задач.
Результаты исследований апробированы в производственных условиях з. ООО «Ростовский завод специального инструмента и технологической ос-істки (СИиТО)» и федеральном государственном унитарном предприятии Ростовский-на-Дону завод «Рубин»», что подтверждено прилагаемыми к ра-эте актами промышленной апробации. Результаты исследований включены в їздельї лекционных курсов «Инженерная механика твердого тела», «Механи-1 процессов обработки давлением», использованы при проведении лабораторіях работ и практических занятий но указанным дисциплинам и нашли отра-ение в написанном с авторским участием диссертанта учебном пособии «Ин-енерная механика твердого тела», имеющем гриф «Рекомендовано УМО ву-)в по образованию в области машиностроения и приборостроения в качестве небного пособия для студентов специальности 12.04.00 «Машины и технологи обработки металлов давлением»».
Достоверность и обоснованность полученных результатов основана на
применении фундаментальных положений теории пластичности, механики сплошной среды, сравнении данных расчётов полученных на ЭВМ с данными экспериментов и апробации в промышленных условиях.
Апробация работы. Результаты исследований доложены на V Международной научно-технической конференции по динамике технологических систем (г. Ростов-на-Дону, 1997), II Международной научно-технической конференции «Проблемы пластичности в технологии» (г. Орел, 1998), а также на ежегодных научно-технических конференциях проф.-преп. состава ДГТУ (г. Ростов-на-Дону, 1997-2000 г.г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 печатных работ.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы, приложения. Работа выполнена на 163 страницах машинописного текста, содержит 85 рисунков, 5 таблиц, список литературы из 128 источников. Общий объем работы - 228 страниц.