Введение к работе
Актуальность проблемы. Отрасли точного виносгроения выпускает в массовом порядке изделия, эксплуатирус-зся в жестких режимах и испытывающие интенсивные нагрузки, удар-э воздействия, высокие давления и скорости деформации, сложные зикс—химические воздействия. Их эксплуатационные характеристики
многом определяются механическими и физико-структурными СВОЙСТ-. 'ли материалов. їольпйя роль в технологическом обеспечении меха-ческих и физико-структурных свойств материала готоввх изделий инадлежит процессам обработки давлением (ОД).
Создание новых и совергаенствование существу вдих технологичес-х пршеесов ОД изделий с прогнозируемыми механическими и физикс-руктурннми характеристиками их материалов требуют связанного нетического подхода к проектированию технология, т.е. включения число технологических параметров, наряду с механическими, струк-рных характеристик деформируемых металлов, влияющих на эксплуа-иионнне свойства готовых изделий. Следует отметать, что опреде-ние технологических возможностей процессов ОД также часто связа-
с учётом структурных изменений обрабатываемых металлов (кине-ки роста и размножения деформационных микродефектов, изменения личины зерна поли кристаллических агрегатов).
Многие сложные вопросы анализа, проектирования и разработки хнологических процессов ОД изделий с заданными характеристиками тастся мало изученными. Особенно трудными для анализа технологи ских возможностей является нестационарные и скоростные процессы астиЧеского формоизменения, в которых обрабатываемый материал ходится в условиях трехмерной деформации и испытывает сложное гружение с сильным изменением напряженного состояния '(фазнна-іяжений). Реализация кинетического подхода связана с созданием дежннх методов расчета пространственных полей напряжений и Дерганий, использованием достаточно совершенных моделей деформи-емнх материалов с учётом изменения их механических и структурных іойств в зависимости от степени, скорости,температуры деформации, .зра-боткой методик и рекомендаций по проектирование технологичес-:х процессов ОД с учётом передового технологического спита.
С другой стороны, сократичне сроков подготовки производства «нх и совершенствуемых изделий, решение технологических задач
конверсии требуют оптимального проектирования и ускоренного внедрения технологий, Реализалия оптимального проектирования в предельно короткие сроки, как показывает опыт, связана с системным применением вычислительной техники, т.е. автоматизированным проеі тировинием. Поэтому решаемая проблема развития теоретических рснс и разработки надежных матиноориентированных'методов анализа и проектирования интенсивных процессов ОД изделий с прогнозируемым! механическими- и структурными характеристиками' их материалов являє ся актуальной.
Диссертационная работа выполнена в соответствии о координат ним планом НИР АН СССР по фундаментальным проблемам машиностроенг (постановление Президиума АН СССР от 25.05.86 г. *6 642), коордите ционним планом НИР вузов в области механики на-'1385-1990 гг (приказ Минвуза СССР от 19.06.85 г. *8 455), отраслевыш планами Министерства машиностроения СССР и госбюджетными темами 22-81, 22-86 Тульского государственного технического университета.
А .в тор.защищает:
I. Кинетический подход к анализу и проектирование интенсивна процессов ОД изделии .с прогнозируемыми свойствами.
2.-Метод определения- пространственных полей напряжений, ско-
росте" течения и связанных с ними технологических параметров, пое
волякций прогнозировать механические и структурные характеристи
ки обрабатываемых материалов в нестационарных и,скоростных пронес
сах ОД, "
3. Результаты исследования нестационарных процессов выдавливания осесимметричных корпусных деталей., формообразования оболочек, объемной штамповки изделий -и их элементов с прогнозирование!. механических и структурных характеристик обрабатываемых материале
4,- Результаты анализа скоростных процессов объемной штампові изделий и их. элементов, разделительных процессов.
5. Усовершенствованные методики .для проектирования интенсивно технологии ОД изделий о заданными характеристиками.
. б. Структурно-параметрические модели процессов ОД, методику и результаты автоматизированного проектирования (спроектированные и внедренные технологические процессы изготовления спеиизделий),
7. Технологические рекомендации и результаты их использована при разработке технологии изготовления специзделий (корпусных изделий, оболочек, стержневых деталей).
Цель р а б о г н. Развитие на базе кинетического под-эда теоретических основ и разработка машиноориентнрованных ме-эдов анализа и проектирования интенсивных процессов ОД изделий прогнозируемыми механическими и структурними свойствами их ма-зряалов, использование методик и технологических рекомендапий ?и разработке.и внедрении новых и совершенствуемых технологичес-їх процессов в точном машиностроении.
Г.Тетод исследования. Для достижения постав-энной пели использовались градиентная теория пластического те-зиия металлов с обобщенным условием текучести Мизеса, кинетичес-іе уравнения для структурних параметров, численные методи репіо-ія систем дифференциальных уравнений в частных производных со яонгами неголономными связями и научно-производственные испыта-ія технологии и готовых изделий. В работе нашли применение тео~ ш математического моделирования, оптимизация решений и численій эксперимент на ЭВМ.
Научная новизна
1. Разработан кинетический подход к анализу и проектирова-
ію интеіюивігах процессов ОД изделий с прогнозируемыми свойст-
ами. Его новизна заключается в связанном решении определяющих
зотноіпеїгай, описывающих пластическое формоизменение металлов,
кинетических (эволюционных) уравнений для структурных парапет-ив. Для реализации кинетического подхода применительно к аналн-/ и проектированио нестационарных и скоростных процессов ОД
условиях трехмерной деформации создан метод определения про-гранствонных полей напряжений и деформаций. Новизна метода за-пвчается в отображении зон текучести в дєвнаторном пространстве зпрятенийс помощью дополнительных условий для направляющего эвиатора, ненакладнвающпх ограничений на фазу напряжений и с козе тей дефор'гапиЙ.. Последующий направленный к точному решении гера'ционный процесс интерпретируется как вращение образующей зверхности текучести вокруг гидростатической оси до момента, эгда условия 'граднентности скоростей деформаций удовлетворяется
заданной точностью.
2. Разработана методика прогнозирования механических свойств
теребленноети деформационными микродефектами, зернистости и
крытой .анергии наклепа дефор. лруемых материалов в нестапиоНар-
іягх пропессах пластического формоизменения, основанная на непрерывной информации об эволюции поверхности нагрукения и со- гдарованных полях напряжений и скоростей течения.
. 3. В плане решаемой проблемы на основе развиваемых методов анализа технологических возможностей процессов ОД получено новое решение нестационарных пространственных задач выдавливания осеспмметричннх корпусных деталей, формообразования оболочек о криволинейной образующей, объемной штамповки изделий, коротких и тонкослойных элементов.
-
Выполнен анализ скоростных процессов объемной штамповки изделий и их элементов, разделительных процессов с учётям-' влияния скоростных эффектов на технологические параметры.
-
С позиций кинетического подхода и передового технологического опыта разработаны усовершенствованные методики проектирования технологии для изготовления изделий точного машиностроения с прогнозированием механических и структурных характеристик их материалов.
-
Предложены технологические рекомендации по обеспечению прочности и стойкости рабочего инструмента и достижение заданных эксплуатационных характеристик изделий (динамической прочности их элементов).
Практическая ценность и реализация результатов работы. Связанный подход с привлечением кинетических соотношений для структурных параметров позволяет прогнозировать механические и структурные свойства деформируемых материалов при проектировании сложных технологий на базе процессов ОД, учитывать влияние структурных изменений на технологические параметры (пластичності, деформируемость, операционные степени деформации, режимы термообработки полуфабрикатов) и эксплуатационные характеристики -готовых изделий (способность выдергивать интенсивные нагрузки, ударные воздействия, высокие давления и скорости деформации)'.
Показано, что кинетика накопления поврежденности обрабатываемыми материалами в технологических процессах ОД с промежуточными термохимическими операциями существенно зависит от операционных степеней деформации и оказывает сильное влияние на эксплуатационные характеристики готовых изделий. _ .
Подтверждено представление о том, что тепловыделение в зо-
:гах интенсивней .деформации ари горячей штамповке оказиваєт сильное влияние на-микроструктуру деформируемых металлов.
Доказана возможность- выбора на основе кинетического анализа оптимальних термомеханических параметров горлчей штамповки легированных сталей с чувствительной к температуре текутеотыэ.
Созданн усовершенствованные методики для' проектирования технологии ка базе нестационаршх процессов ОД и сопутствующих термических операции с прогнозированием механических и структурних характеристик повре^дешюсти, зернистости и енритой анергии наклепа материала готових изделий и методическое обеспечение для автоматизированного проектирования технологии изготовления осе-симметрнчних изделий пптренно-гилъзового производства с прогнозированием ;:х вксплуатацпоншх характеристик. Разработаїга технологические рекомендации'по повнтаипп прочности и стойкости рабочего инструмента для о б-,итого дофор.мнроваппь и достижение задаїпгих характеристик материала готових изделий.
Результати проведенных 'исследований, методики и рекомендации использовались при разработке технологии изготовления спепиздеяий с зпдашшг.тл характеристиками их материалов. Экономический эффект от внедрешя технологических разработок на предприятиях точного машиностроения составил в ценах до 1991 года 5G9 тис.руб.
Апробация работа и п у б л и к а ц и и. Основные положения и результаты диссертационной работи долокенн: на І-сессюзішх научно-технических конференциях и семинарах "Совершенствование разделіітель'піх процессов обрабонш металлов давлением" (Тирасполь, НТО МАШПРОМ, 1980 г.); "Исследование процесса) объемного формоизменения. металлов "(Москва, МДНТП, 1930 г.); "Канструктивко-технологическле методи повивения надежности и их стандартизация" (Тула, АН СССР - ГКНТ СССР, 1983 г.); "Вц-шолн-тельная техника в технологической подготовке холодне-штдмаоъоч-яого производства" (Пенза, ЦЦНТП, Г989 г.); на республиканских, областных и меязузовских конференциях и семинарах "Теория и практика обработки металлов давлением" (Тула, НТО МАШПРОМ, 1981 г.); "Шсокопроизводителыше процессы,маиинн я загрузочные устройства йтамповочного производства" (Тула, НТО МАШПРОМ, 1982 г.); "Вопросы развития технологии, оборудования и автоматизации куэпечно-штамповочного производства" (Тула, ВНТОМАШ, 1989); XXI НТК IlBAIf/ (Пенза, ПВАИУ, 1987 г.).; НТК улЛИ (Тула, І973-І99Я гг).
- в -
Основные научные положения, результаты и выводы диссертационной работы подробно освещены в 42 опубликованных работах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка использованных источников из 254 наименований и содержит 291 страницу основного машинописного текста, 102 иллюстрации и 9 таблиц. Общий о (Нем рабом 459 страниц.