Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 6
1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ РАСЧЕТА ПРОЦЕССОВ КОВКИ 10
1.1 Краткий анализ состояния теории ОМД 10
1.2. Сущность пластического потокообразования 16
1.3. Структура очагов деформации. 19
1.Ф. Технологические факторы ОМД. 28
1.5. Принципы построения расчетов ковки 35
1.6. Постановка задач 39
2. ОЦЕНКА ОЧАГА ДЕФОРМАЦИЙ ПРИ КОВКЕ 54
2.1. Форма и границы очага деформаций 54
2.2. Численный метод расчета очага деформаций 68
2.3. Влияние упрочнения на свойства металла в очаге деформаций 72
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 8 0
3. РАСЧЕТ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРИ КОВКЕ 81
3.1 Расчет площади контакта поверхности круглой сплошной заготовки с инструментом 8 3
3.2. Расчет геометрических параметров при протяжке плоскими бойками. 8 4
3.3. Расчет геометрических параметров при протяжке комбинированными бойками 90
3.2. Расчет площади контакта полой заготовки и инструмента 95
3.2.1. Характеристика экстремальных принципов. 95
3.2.2. Граничные условия 98
3.2.3. Кинематические ограничения макропотоков в уширение заготовки 106
3.2.4. Уточнение функций компонент-перемещений на
основе экстремальных принципов 113
3.2.5. Расчет средних перемещений на поверхности среза. 119
3.2.6. Формоизменение полой заготовки при протяжке на оправке 123
3.2.7. Основы расчета ширины поверхности контакта плоского бойка с полой заготовкой 123
3.3. Расчет площади контакта при ковке комбинированными бойками 129
3.3.1. Особенности деформации заготовки 129
3.3.2. Выбор функционала для компонент-перемещений 137
3.3.3. Соотношение высотных деформаций от технологического инструмента. 142
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 14 6
4. РАСЧЕТ НАПРЯЖЕНИЙ И ДЕФОРМАЦИЙ ПРИ КОВКЕ. 147
4.1. Основы математической модели расчета напряжений и деформаций. 147
4.1.1. Расчет напряжений в очаге деформаций 149
4.1.2. Расчет компонентов тензора деформаций. 152
4.1.3. Определение координат узлов сетки линий скольжения 153
4.1.4. Оценка адекватности модели 155
4.2. Учет влияния упрочнения металла на величину напряжений в очаге деформаций 157
4.3. Результатов расчета напряжений при ковке заготовки 160
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 169
5. РАСЧЕТ ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ МЕТАЛЛА В ОЧАГЕ ДЕФОРМАЦИИ ПРИ КОВКЕ 171
5.1. Технологические особенности теплового цикла ковки 172
5.2. Расчет теплового поля заготовки в процессе ковки 173
5.3. Учет деформационного разогрева заготовки при ковке 181
5.4. Коррекция координатных систем напряжений и тепловых полей 184
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 187
6.РАСЧЁТ И ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ КОВКИ СПЛОШНОЙ КРУГЛОЙ ЗАГОТОВКИ 189
6.1. При протяжке комбинированными бойками. 18 9
6.2. При протяжке вырезными ромбическими бойками. 192
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 201
7. ИССЛЕДОВАНИЕ, РАСЧЕТ И ОПТИМИЗАЦИЯ КОВКИ ПОЛОЙ ЗАГОТОВКИ 2 03
7.1. Технологические особенности протяжки на оправке. 205
7.2. Исследование формоизменения при протяжке на оправке 208
7.2.1. Исследование формоизменения внутренней поверхности заготовки 208
7.2.2. Исследование формоизменения наружной поверхности заготовки 224
7.2.3. Исследование удлинения и уширения заготовки при протяжке комбинированными бойками 22 9
7.2.4. Исследование неравномерности удлинения в очаге деформаций 234
7.3. Исследование влияния граничных условий на схемы макропотоков и деформаций металла полой заготовки 242
7.3.1. Ковка на ступенчатой оправке с различной ориентацией бойков относительно продольной оси
7.3.2. Исследование ковки с расчлененными потоками вытеснения металла в уширение
заготовки 252
7.3.3. Оптимизация параметров ковки с непрямолинейным фронтом подачи 2 57
7.4. Исследование деформаций в поперечном сечении полой заготовки 271
7.5. Расчет геометрических параметров инструмента для ковки 276
7.5.1 Обоснование выбора оптимальной схемы расчета. 276
7.5.2. Согласование параметров бойка с эффективностью его работы " 285
7.6. Принципы построения расчета ковки полых заготовок 291
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 293
8. РЕАЛИЗАЦИЯ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ ИННОВАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
ПРОИЗВОДСТВА ПОКОВОК ИЗ СЛИТКОВ 296
8.1. АНАЛИЗ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ 310
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 318
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 327
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК. 331
ПРИЛОЖЕНИЕ
Введение к работе
Стремление сократить технологические потери дорогостоящих материалов, снизить издержки передела имеет стабильную актуальность в производстве поковок широкого сортамента из легированных и углеродистых металлов и сплавов, а также из различных сталей и сплавов пониженной пластичностью. Современные условия оборота металлопродукции обостряют проблему новыми требованиями. Особую ценность приобретает возможность оперативного производства и поставки качественных поковок ограниченными партиями в расширенном размерно-марочном сортаменте. Отмечается растущий спрос на передовые материалы, ресурсосберегающие кузнечные технологии с реальной инвестиционной перспективой. У нас в стране и за рубежом активностью продвижения в промышленность выделяются процессы, синтезирующие в себе элементы непрерывного и дискретного деформирования в том числе и процессы ковки.
Указанная цель достигается решением следующих комплексных задач: - развитие теории и создание расчетно-аналитического обеспечения расчета процессов ковки с учетом непрерывно-дискретного характера процесса и локальности приложения деформирующего воздействия, позволяющего описать закономерности теории расчета процессов, кинематики. конечного формоизменения, объемной неравномерности пластического течения, поциклового развития деформации металла с учетом теплового состояния заготовки и упрочнения металла.
Применительно к процессам ковки из заготовки и слитков широкого сортамента решение этих проблем в первую очередь связано с изысканием новых технологических процессов и научного обоснования расчетов ковки.
Основное содержание теории процессов ковки заключается в аналитическом исследовании напряженно-деформированного состояния металла в зависимости от силовых, скоростных, деформационных, контактных и тепловых условий пластического формоизменения при свободном течении металла. При решении практических задач метод полей линий скольжения позволяет сочетать физические предпосылки с высокой математической точность, особенно, когда в заготовке много пластических зон и аналитические расчеты становятся громоздкими.
Существенный вклад в теорию и практику процессов ковки внесли: С.И.Губин, П.И.Полухин, И.М.Павлов, Е.П.Унксов, А.Д. Томленов, Л.В.Прозоров, Г.А.Смирнов-Аляев, М.В.Сторожев, В.И.Залесский, Я.М.Охрименко, В.А. Тюрин, О.М.Смирнов, М.Я.Дзугутов, Л.Н.Могучий, Е.А.Попов, Ю.А.Зимин Т.Я.Гун, Л.И.Соколов, В.Н. Трубин,В.М. Холмогоров, Н.М..Золотухин, С.М.Попов, П.В.Камнев, Е.И. Семенов, М.Р. Златкин, И. Я. Тарновский, А. А. Шофман, Е.Ф. Воронин и другие отечественные и зарубежные ученые.
Автор считает своим долгом выразить признательность своиму учителю Тюрину В. А., заслуженному деятелю науки Российской Федерации, профессору, д.т.н., который на протяжении многих лет формировал мои научные и мировозренческие взгляды.
Широкая практика ковки на отечественных заводах ГУЛ "Баррикады",АО "Ижорский завод", АО "Уральские заводы", АО "Электросталь", АО "ЭЗТМ" и др. , славившиеся своими технологическими традициями ковки и достижениями в получение уникальных поковок, тем не менее показала отсутствие единых основополагающих расчетов процессов ковки, получения кованого качественного металла поковок, удолетворяющих эксплуатационным условиям работы детали. Отсутствие теоритических основ расчета ковки, управления макропотоками металла в очаге деформации, закладывающиеся как при проектировании, так и при деформации заготовки, сводит ковку к исскуству отдельных ученых и их научных школ. Развитие макросдвигов в пластическом очаге деформации процессов ковки имеет основопологающее значение для формирования структуры металла поковок и их окончательных, в том числе и механических, свойст изделия.
Основное содержание теории процессов ковки заключается в аналитическом исследовании напряженно-деформированном состоянии металла в зависимости от силовых, скоростных, деформационных , контактных и тепловых условий деформирования. При решении практических задач метод полей линий скольжения позволяет сочетать физические предпосылки с высокой математической точностью.
Несмотря на разнообразие и отсутствие единого метода решения задач ОМД, различные методы не исключают, а дополняют друг друга, так как возникают трудности не только математического характера, но и технологического (например, неизвестна граница, отделяющая жесткий металл от пластически деформированного, и как она перемещается в процессе деформации).
В процессах ковки основным является сдвиговый механизм; сдвиговые явления определяют как образование макротрещин, так и деформационное воздействие на литой металл. Главное сдвигающему напряжению или как косинус угла выхода линий скольжения на контактную поверхность.
Целью данной работы является дальнейшие развитие теории, научное обоснование основ расчета процессов ковки и их апробация при создании предпосылок развития сдвиговой деформации.
Исследования выполнены в Московском государственном институте стали и сплавов, на кафедре ОМД, в Электростальском политехническом институте Московского государственного института стали и сплавов (технологического университета) на кафедре "Технология и оборудование прокатного производства".
