Введение к работе
Настоящая работа посвящена разработке аналитических моделей и комплексному исследованию, с применением метода конечных элементов, процессов формоизменения заготовки в роликах (валках) профилировочных станков.
Актуальность:
В последние годы активно развиваются новые методы пластического деформирования, в том числе холодного профилирования заготовок, позволяющие получать детали с высоким классом точности и чистотой поверхности до 10 класса и выше. К наиболее перспективным методам, сочетающим в себе высокую универсальность и эффективность, можно отнести метод интенсивного деформирования (МИД), созданный в последнее десятилетие.
МИД позволяет получать требуемое сечение профиля лри небольшом числе переходов, что повышает эффективность производства и снижает себестоимость продукции, однако недостаточная изученность процессов формообразования является сдерживающим фактором, ограничивающим широкое применение этого метода.
Несмотря на значительное количество опубликованных работ, посвященных данной проблеме, до настоящего времени отсутствует достаточно точное количественное описание большого числа факторов оказывающих влияние на процесс формообразования. Сложность и высокая стоимость натурных экспериментов (стоимость одного комплекта оснастки может достигать 500 тыс. рублей), ограниченные возможности доступных контрольно-измерительных приборов, изменение свойств заготовки в процессе формоизменения - это лишь малая часть проблем, с которыми приходится сталкиваться исследователям и технологам. Остаются вопросы, требующие детальной теоретической и практической разработки.
Учет и оценка влияния каждого отдельно взятого фактора на технологический процесс профилирования - непростая задача, успешное решение которой возможно только с использованием достижений математических дисциплин, современной вычислительной техники и программного обеспечения.
Целью работы является комплексное исследование процессов формоизменения заготовки в роликах путем создания аналитических математических моделей и применения МКЭ для выработки состоятельных рекомендаций по совершенствованию технологии изготовления гнутых профилей МИД.
Для достижения цели работы решались следующие задачи:
изучение степени влияния различных факторов на процесс формообразования профиля и определение круга физико-механических явлений, подлежащих учету при разработке аналитических моделей;
разработка аналитических моделей формообразования, включающих модель формоизменения перфорированной заготовки при поджатии в торец, модель деформирования зоны изгиба в условиях деформационного упрочнения материла с высвобождением угловой зоны, модель зоны плавного перехода при интенсивном формообразовании профиля из упрочняющегося материала;
тестирование аналитических моделей на асимптотическую коррект-
ность и физическое соответствие процессам формообразования профиля;
построение моделей материалов и моделей напруження для конечно-элементного анализа процессов формообразования и его реализация для частных случаев, подтверждающих адекватность аналитических моделей.
установление границ применимости используемых аналитических и конечно-элементных моделей;
разработка установки и проведение на ней экспериментальных исследований формообразования и устойчивости заготовки в очаге деформации;
выработка практических рекомендаций для специалистов предметной технологической области.
Методы исследования. В диссертационной работе применялись:
методы механики деформируемого твердого тела;
методы математического моделирования и вычислительной математики;
методы статистического анализа.
Достоверность и обоснованность результатов.
Достоверность научных положений и полученных результатов исследований обеспечивается совпадением результатов теоретических моделей, конечно-элементных расчетов и экспериментальных данных в пределах 10 - 15 %, а также их применением в практике профилирования. Результаты, полученные в данной работе, находят подтверждение в экспериментальных исследованиях других авторов в ряде частных случаев.
Основные положения, обладающие новизной и выносимые на защиту:
модель интенсивного деформирования перфорированных заготовок при профилировании в условиях нормального нагружения по кромке;
модель деформирования зоны изгиба с учетом упрочнения при профилировании и высвобождением угловой зоны;
модель зоны плавного перехода при интенсивном формообразовании профиля, из упрочняющегося материала с учетом прогибов донной части профиля;
результаты численного конечно-элементного моделирования процессов формоизменения заготовки;
результаты экспериментальных исследований и практические рекомендации для специалистов предметной области.
Практическая значимость работы состоит в ее непосредственной ориентации на решение задач моделирования интенсивного формообразования и обобщения результатов на широкую номенклатуру профилей с целью совершенствования технологии их производства.
Использование результатов. Результаты диссертационного исследования позволили выработать рекомендации для совершенствования технологии МИД 12-ти типоразмеров многоэлементных гнутых профилей, которые были использованы в НПО «ИДМ» (Научно-Производственное Объединение «Интенсивное Деформирование Материалов») при разработке схем формообразования и технологического оснащения.
Апробация работы. Результаты основных положений диссертации докладывались на Всероссийской научно-практической конференции, (г. Ульяновск, 2004 год), научно-технических конференциях «Вузовская наука в совре-
менных условиях» в 2005, 2006, 2008 гг., а также на расширенном заседании кафедры общей физики Ульяновского государственного педагогического университета (в полном объеме диссертации) в 2008 году.
Публикации. По теме диссертации имеется 13 научных публикаций, в том числе 3 статьи из перечня изданий, рекомендованных ВАК.
Структура и обьем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы, включающего 170 наименований. Основная часть работы изложена на 170 страницах машинописного текста. Работа содержит более 100 рисунков и 19 таблиц.
