Введение к работе
Актуальность темы. В последние десятилетия в машиностроении все шире разрабатываются и применяются наряду с совершенствованием традиционных видов обработки (вытяжка, прокатка, осадка, обжим и др.) и нетрадиционные способы пластического формоизменения заготовок с целью придания нужных эксплуатационных свойств элементам конструкций. В связи с этим такая классическая задача теории пластичности, как кручение призматических стержней может быть успешно использована в сочетании с осадкой для разработки новых технологий в обработке давлением. При этом пластическое кручение- в условиях немонотонного нагружения может быть применено для упрочняющейся обработки многих технических металлов, не подвергающихся по тем или иным техническим причинам термической обработке, и для придания необходимых технологических свойств с целью улучшения качества получаемых пластическим формоизменением поковок.
Интенсивное внедрение в производство технологий механо -термической обработки (МТО) требует их непрерывного совершенствования. Поэтому традиционно применяемые в МТО виды механических обработок (обжим и прокатка) следовало бы заменить в некоторых случаях на пластическое кручение, осадку или их сочетание, которые будут более эффективными, в особенности при обработке длинномерных цилиндрических заготовок (с длиной более 2-3 их диаметра).
Для обоснования и реализации новых нетрадиционных технологий обработки давлением с использованием кручения необходимо иметь решения соответствующих задач и конструктивные разработки штам повой оснастки для пластического деформирования длинномерных цилиндрических заготовок без искривления.
Диссертационная работа выполнялась по Госбюджетной НИР кафедры «Самолетостроение» ВПУ (Г. Б. 01.40 «Математическое моделирование процессов проектирования, и изготовления самолетов») в соответствии с основными направлениями фундаментальных исследований РАН РФ по разделу технических наук - 2.3.7. «Математическое моделирование перспективных конструкций, материалов и технологий в авиации, ракетной и
РОС НАЦИОНАЛЬНА» t БИБЛИОТЕКА |
атомной технике, судостроении, наземном транспорте, станкостроении и приборостроении».
Цель работы: Создание теоретических основ для разработки высоких технологий обработки длинномерных заготовок с применением пластического кручения.
Для достижения указанной цели в работе были поставлены и решены следующие задачи.
1. Определить напряженно - деформированное состояние
(НДС) при осадке с кручением длинномерных цилиндрических
заготовок из упрочняющегося материала в условиях монотонного
нагружения.
Выполнить теоретические исследования по устойчивости длинномерных цилиндрических заготовок при осадке с кручением.
Определить НДС при пластическом кручении цилиндрических заготовок при немонотонном нагружении на основе предложенной Г. Бакхаузом модели анизотропно упрочняющегося тела.
Разработать конструкции штам повой оснастки для пластической осадки с кручением длинномерных цилиндрических заготовок без искривления.
Внедрить результаты исследований в промышленность и учебный процесс.
Автор защищает результаты теоретических исследований
процессов осадки с кручением в условиях монотонного нагружения
и немонотонного пластического кручения цилиндрических
заготовок; установленные зависимости напряженно-
деформированного состояния, деформирующих усилий от
кинематических параметров и характеристик материалов;
полученные уравнения устойчивости длинномерных
цилиндрических заготовок при их пластической осадке с кручением; установленные эффекты изотропного упрочнения металлов и увеличения критической деформации удлиняемых заготовок; конструкции штам повой оснастки для осадки с кручением длинномерных заготовок без искривления.
Научная новизна.
1. Получены соотношения для оценки напряженно-деформированного состояния и деформирующих усилий при осадке с кручением длинномерных цилиндрических заготовок с учетом упрочняем ости металла.
2. На основе критерия положительности работы добавочных нагрузок исследована устойчивость при осадке с кручением длинномерных цилиндрических заготовок с учетом- действия, препятствующих искривлению поперечных нагрузок.
З.На основе модели анизотропно упрочняющегося тела Г.Бакхауза установлены эффекты увеличения критической деформации удлиняемых заготовок в циклах нагружения растяжение - кручение - растяжение -... и изотропного упрочнения металлов реверсивным кручением.
4. Установлена возможность оценки эффекта Баушингера по данным испытаний цилиндрических образцов в цикле нагружения растяжение -кручение.
Практическая ценность и реализация работы.
Расширены технологические возможности МТО применительно к длинномерным цилиндрическим деталям (сверла, зенкеры, развертки и др.) для повышения их эксплуатационных свойств.
Разработанные конструкции штамповой оснастки позволят реализовать новые технологии МТО в производственных условиях.
Эффект изотропного упрочнения может быть использован для повышения механических характеристик металлов, которые по тем или иным техническим причинам не подвергаются терм ообработке.
Эффект увеличения критической деформации удлиняемых заготовок может быть применен для улучшения технологических свойств материала.
Внедрение результатов исследований осуществлено в ФГУП «ЦНИИТМАШ» (г. Москва) и в ОАО ВАСО (г. Воронеж) при разработке нетрадиционной технологии обработки длинномерных цилиндрических заготовок и проектировании штамповой оснастки для реализации новых технологий М ТО.
Отдельные материалы исследований используются в учебном процессе в ВГГУ при изучении курса «Технологическая механика» специальности 160201 «Самолето- и вертолетостроение».
Методы исследований. Теоретические исследования выполнены на основе аппарата теории пластичности, теории анизотропного упрочнения Г. Бакхауза, критерия положительности работы добавочных нагрузок. Конструкции штамповой оснастки разрабатывались с применением методов ТММ. Все расчеты
проводились численно методом конечно - разностных соотношений с использованием ЭВМ. Опытные данные обрабатывались методами математической статистики. Эксперименты проводились с использованием современных испытательных машин и регистрирующих приборов.
Достоверность результатов исследований обеспечена обоснованным использованием теоретических зависимостей, допущений и ограничений, корректностью постановки задач, применением известных математических методов и подтверждается качественным и количественным согласованием результатов расчета с экспериментальными данными в допустимых пределах, полученными как лично автором, так и другими исследователями.
Апробация работы. Результаты исследований доложены на XXVII Международной молодежной научной конференции «Гагаринские чтения» (г. Москва, 2001 г.), на Всероссийской научно-технической конференции «Прикладные задачи механики и тепломассообмена в авиастроении» (г. Воронеж, 2001 г.), на региональной научно-технической конференции «Компьютерные технологии в промышленности и связи» (г. Воронеж, 2002 г.), а также на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ВГТУ (г. Воронеж, 2001-2003 г. г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ (1 монография; 2 патента; 8 статей). Личный вклад соискателя составляет: в /2/ - предложена принципиальная схема оснастки; в /3/ и /4/ - решение задач; в /5/ - основные разделы 5-й главы; в /6/ -расчет основных параметров устройства; в /7/ - решение задачи; в /11/ - конструкция штампа.
Автор выражает глубокую благодарность кандидату технических наук доценту А. А. Воропаеву за оказанную помощь при выполнении работы, критические замечания и рекомендации.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников из 69 наименований, 3-х приложений, изложенных на 152 страницах, содержит 55 рисунков и одну таблицу.
