Введение к работе
Актуальность работы. Сокращение сроков освоения новых иэде-ій, снижение себестоимости их изготовления и металлоемкости прнме-;емой оснастки, повышение конкурентоспособности продукции отечест-нного машиностроения оказывают мощное стимулирующее воздействие і разработку научно обоснованных методов расчета новых техники и хнологий, компьютерных проектных методик. В настоящее время все о усугубляется недостатком инвестиции, высокой стоимостью кредитов. есткими требованиями И нестабильностью товарного рынка, в связи с м особенно актуальной становится проблема создания теоретических :нов и методов комплексного проектирования ресурсосберегающих тех-элогий и оборудования, обеспечивающих минимальную трудоемкость ідєлий при наилучшем их качестве.
Разработка научно-обоснованных путей и способов создания ресур-)сберегающих технологий включает в себя большой круг теоретических, сспериментальных, технологических и компьютерно-программных задач, таким задачам, в первую очередь, относятся разработка более полных и зчных математических моделей процессов пластического формонзмене-ия. В значительной степени решению этих задач способствует внедрение промышленность прогрессивных технологий магнитно-импульсной ггамповки, отличающихся компактностью и мобильностью оборудова-ия, простотой и низкой стоимостью оснастки, высоким качеством нолу-аемых изделий. Современные установки для магнитно-импульсной обра-отки металлов, основанные на модульном принципе, позволяют раопи-ить потенциальные возможности листовой штамповки, легко встраива-)тся в автоматизированные линии, могуг использоваться для выполнения азнообразных операций формовки, калибровки и сборки как в условиях іелкосерийного, так и крупносерийного производств. Результаты иссле-овашгй показывают, что в операциях магнитно-импульсной штамповки южно получить большую предельную степень формоизменения, высокую очность геометрических размеров и качества получаемых изделии.
В то же время широкое внедрение процессов магнитно-импульсное цтамповки сдерживается недостаточной стойкостью инструмента, прнме-[яемой оснастки и элементов высокоэнергетического оборудования, что іьпвано их работой в условиях, далеких от оптимальных, а также огсутст-інем комплексных методов проектирования технологии и оборудования. і го приводит к большим объемам экспериментальных и доводочных работ ю корректировке технологии штамповки на этапе серийного нроишод-;тва. Снижение энергоемкости процессов магшгшо-пмну.тылюн штам ювки позволяет не только экономить энергоресурсы, но и nor .ІСИТЬ стоимость элементоа технологического оборудования и инструмента. Имею-диеся в литературе работы позволяют определить энергоемкость тсхноло-
гической операции, но в силу принятых значительных упрощающих допущений обычно решается либо механическая, либо электрическая задачи, что не позволяет определить оптимальные параметры технологических процессов, индукторных систем и установок для магнитно-импульсной штамповки.
Отмеченное свидетельствует об актуальностц разработок в области создания научно обоснованных методов комплексного проектирования системы «оборудованйе-инструмент-заготовка» в процессах магнитно-импульсной штамповки.
Работа выполнена в соответствии с заданием по 53 научно-технической программы ГКНТ 072.06, программой «Фундаментальные исследования в технических университетах», грантами по фундаментальным исследованиям в области металлургии и машиностроения в 1995-98гг.
Цель работы. Диссертационная работа посвящена решению крупной научно-технической проблемы, имеющей важное народнохозяйственное значение - созданию новых процессов и машин, расширяющих технологические возможности магнитно-имрульсцой штамповки при снижений энергоемкости операций и повышении качества получаемых изделий, Целью работы является разработка теории и методов комплексного проектирования технологических процессов и оборудования магнитно-импульсного формоизменения трубчатых заготовок. :
Научная новизна состоит П
разработке теоретических основ нестационарных электромеханических процессов импульсного деформирования заготовок и функционирования оборудования, позволяющих проводить параметрическую оптимизацию системы «установка-инструмент-заготовка» по критерию минимума энергоемкости операции;
создании конечно-элементных моделей динамического упругопла-стического формоизменения в процессах магнитно-импульсной штамповки с учетом взаимодействия жесткого или упругого инструмента с заготовкой и подвижных границ контактируемых тел,
получении основных соотношений для анализа силовых и температурных ^условий работы системы «индуктор-заготовка»;
* установлении особенностей формообразования и закономерностей
влияния силовых параметров, технологических факторов и геометрии ин
струмента в операциях магнитно-импульсной штамповки трубчатых заго
товок. '
Основные научные положения, выносимые на защиту;
- теоретический анализ процессов магнитно'идепульсной штамповки,
включающий упругопластические математические модели и методы рас
чета напряженно-деформированного состояния;
- методологические основы формообразования продольных^ и попе- .
речных пазов на трубчатых заготовках с учетом контактного взаимодействия заготовки с жестким и упругим инструментом;
теоретические зависимости для определения силовых и кинематических параметров операций сборки и калибровки трубчатых заготовок;
методики проектирования и математические модели электромеханических процессов штамповки трубчатых заготовок, режимов работы и форм импульса давления магнитного поля;
результаты экспериментальных исследований процессов магнитно-импульсной штамповки и внедрения разработанных технологий в производство, методов и алгоритмов расчета - в практику проектирования и учебный процесс.
Методы исследования, использовавшиеся в работе:
теоретический анализ процессов магнитно-импульсной штамповки с использованием основных положений механики сплошных сред и теории пластических деформаций металлов, уравнений математической физики и теории электрических цепей,
математическое моделирование, конечно-элементный анализ, параметрическая оптимизация, математическая статистика и теории планирования эксперимента, а также методы переменных состояния и численного интегрирования систем дифференциальных уравнений с применением специального комплекса программ PRADIS;
экспериментальные методы определения энергетических, силовых и деформационных параметров в процессах магнит но-импульснон штамповки с использованием магнитно-импульсных установок п современной регистрирующей аппаратуры.
Практическая з ни чи.мості, работы заключается в следующих результатах:
- созданы комплексные методики ц компьютерные модели системы
«установка-индуктор-заготовка», облегчающие использование разрабо
танных методов р.тсчета при ш/едре/ши в технологическую и конструк
торскую практику, позволяющие сократить срока технологической подго
товки производства на стадии проектирования и освоения новых процес
сов, оборудования и оснастки;
разработаны математические модели, позволяющие прогнозировать качество изделий, и получены конструкции трубчатых соединений с заданными эксплуатационными показателями при минимальных энергозатратах;
на основе теоретических и экспериментальных исследований намечены пути совершенствования оборудования и индукторных систем для обеспечения оптимальных режимов работы и форм импульса давления в операциях магнитно-импульсной штамповки трубчатых заготовок;
разработаны рекомендации по созданию и совершенствованию ип-
дукторных систем, оборудования и технологических процессор магнит
но-импульсной штамповки трубчатых заготовок. '',.''
Результаты работы положены в основу выбора оптимальных пара метров и режимов ноВДх технологических процессов, оснастки и'оборудо рання. Создан рабочий проект блочно-модульной магн.итно-импудьснаі установки нового поколения.
Научные положения диссертации использованы в учебном процессе
при написании конспектов лекций и подготовке лабораторных ps бот по курсам САПР, «Математическое моделирование процессов ОМД* «Новые "виды технологических процессов и оборудования рМД> «Компьютерное моделирование процессов И мацщн ОМД»;
при подготовке аспирантских и магистерских диссертаций, вьш^ скных работ бакалавров, выполнении исследовательских курсовых и ДЬ пломных проектов;
при издании двух учебных пособии.
Апробации работы. Основные результаты работы были доложен^ на международных, всесоюзных, республиканских и межвузовских конф* ренциях, в том числе: Всесоюзном совещании «Расчет, проектнрованиі технология изготовления, эксплуатация индукторных систем» (г. ТуЛі 1988 г.), республиканской научно-техническая конференции «Вопрос: развития технологии, оборудования/ и автоматизации ' кузцечне штамповочного производства» (г, Тула, 1989 г.), Всесоюзном совещанй секции МИОМ «Норые технологические процессы мапштно-импульело обработки, оборудование и инструмент» (г- Куйбышев, 1990 г.), Всесою: ном совещании секций МИОМ «Вопросы теории и практики магнитж импульсной обработки» (г. ,Самара, 1991 г.), международном конгресс «Конверсия. Наука. Образование» (г. Тула, 1993 г.), Российской межвузої ской научно-технической конференции « Фундаментальные проблемы мі таллургии» (г. Екатеринбург, 1995 г.), международной научш технической конференции «100 лет российскому автомобилю. Промни лешюсть и высшая школа» (г. Москва, 1996 г.), Всероссийской научш технической конференции «Новые матерцальї и техцологии» (г. Москв 1997 г.), международном симпозиуме «Механика я технология з процеї сах формоизменения с локальным очагом пластической деформации» ( Орел, 1997 г.), международной юбилейной научно-технической конфереї ции «Прогрессивные методы проектирования технологических процессо станков и инструментов» (г. Тула, 1997 г.), международной конференш «Итоги развития механики в Туле» (г, Тула, 1998 г.) и щ ежегодных ко: ференциях профессорско-преподавательского состава ТулГУ'в 1988-19!
Г.Г.
Публикации; Основные научные положения ц материалы пров денных исследований широко освещались в печати. По теме диссерташ
іпублИкОвано 39 работ ( в том числе две монографии в соавторстве).
Автор выражает глубокую благодарность научному консультанту I.T.H., проф..СП. Яковлеву, а также д.т.н., проф. В.Д. Кухарю и А.К. Тала-іаеву, к.т.н., доц. А.Н. Пасько за оказанную помощь при выполнении ра-5оты, Критические замечания и рекомендации.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из зведення, шести разделов, заключения и общих выводов по работе, списка литературы из 229 наименований, приложения и включает 283 страницы машинописного текста, 154 рисунка, 32 таблицы. Общий объем работы 366 страниц.