Введение к работе
Актуальность проблемы. Среди технологических процессов, применяемых в машиностроении для изготовления деталей, одним из наиболее распространеных является листовая штамповка. Она имеет ряд преимуществ перед другими видами обработки как в техническом, так и экономическом отношениях. Именно этим объясняется то, что в машиностроении объем листоштамлованных деталей занимает 65% от общей номенклатуры, что составляет 42% от суммарного веса изделий, и 1е!% от трудоемкости.
В традиционных методах расчета и проектирования процессов холодной листовой штамповки используются главным образом табличные данные и эмпирические зависимости. Следует отметить несомненную пользу последних для технологов и конструкторов, проектирующих те или иные процессы. Однако, указанные методы не могут учесть всего многообразия особенностей изготовления различных деталей и часто оказываются весьма приближенными. Кроме того, с расширением сортамента используемых листовых материалов и появлением новых технологических процессов резко снижается эффективность использования такого подхода. Указанные выше причины зачастую могут привести к принятию неоптимальных и даже неверных решений при оценке предельной степени формоизменения заготовок, назначении технологических переходов, проектировании спецоснастки.
Ошибки, допущенные на этапе проектирования, обнаруживаются порой только при внедрении технологических процессов в производство. В этом случае резко возростают неоправданные материальные и временные затраты, связанные с доводкой, а иногда и полней заменой спецоснастки. Особенно сильно ощущается эта проблема в серийном и мелкосерийном производстве при частой сменяемости номенклатуры деталей.
В связи с этим, достаточно актуальной представляется задача разработки математической модели процесса листовой штамповки.
Основной целью проведенного в диссертационной раооте исследования являлось создание математической модели процесса листовой штамповки, позволяющей оперативно получать наиоолее важную информацию.
Результаты математического моделирования должны сказать существенную помощь при определении оптимальных (минимальных)
- г -
размеров заготовки; при назначении числа переходов, за которые возможно достичь требуемого формоизменения; при проектировании профиля рабочей поверхности спецоснастки.
Научная новизна. Разработана новая эффективная математическая модель формоизменяющих процессов листовой штамповки, позволяющая анализировать нестационарное деформирование листовой заготовки с учетом локальных эффектов упрочнения и деформационной анизотропии.
Реализованы оригинальные алгоритмы по выполнению граничных условий, что существенно упростило задачу проектирования спецоснастки, разнообразной как по размерам, так и по конструкции.
Разработана методика реализации условия несжимаемости материала в случае конечных деформаций, при моделировании нестационарных задач.
Получены решения для многопереходных процессов, при этом в качестве исходной использовалась заготовка, которая была получена при расчете предыдущих переходов.
Получено доказательство выпуклости функционала метода верхней оценки, а также показано, что нижняя граница функционала достигается на действительном поле скоростей.
Практическая ценность. Основной итог работы состоит в разработке системы проектирования технологического процесса листовой штамповки, которая позволяет моделировать нестационарное деформирование упрочняющейся анизотропной листовой заготовки. Использование системы существенно сокращает сроки подготовки производства новых изделий.
Предлагаемые системой профили вытяжных кромок матрицы, прижима, пуансона, а также рекомендации по условиям смазки позволяют повысить формоизменение заготовки на одном переходе к в связи с этим -сократить количество переходов, необходимых для получения требуемой детали.
При помощи системы удается прогнозировать изменение толщины стенки отштампованных деталей, что позволяет: во-первых, сократить расход материала на 5-10% за счет уменьшения размеров заготовки; во-вторых, определить минимальную толщину используемой листовой заготовки, в-третьих, решить вопрос о возможности локального крепления дополнительных конструктивных элементов.
Предсказанное системой усилие штамповки помогает рационально
выбрать оборудование.
Ожидаемый экономический эффект от внедрения рекомендаций в производство составляет 150 тысяч рублей (в ценах 1991г. ).
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на научно-технической конференции штамповщиков Западного Урала "Пути повышения эффективности листоштамповочного производства" (г.Пермь, июль, 1989г.), Всероссийской научно-технической конференции "Математическое моделирование технологических процессов обработки материалов давлением" (г.Пермь, июль, 1990г. ), Первой Всероссийской школе конференции "Математическое моделирование в машиностроении" (г.Куйбышев, октябрь, 1990г. ), IV межреспубликанском симпозиуме "Остаточные напряжения: моделирование и управление" (г.Пермь, июль, 1992г. ).
Диссертация в целом обсуждалась на семинарах кафедры математического моделирования систем и процессов Пермского политехнического института (сентябрь, 1992г. ).
Публикации. Основные материалы работы опубликованы в 10 статьях.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 128 наименования. Основной текст содержит 111 с., включая 27 иллюстраций, 2 таблицы.
В заключении автор считает приятным долгом выразить искреннюю признательность за помощь, оказанную при проведении научно-исследовательских работ научным руководителям: профессору, д. ф. -м. н. Трусову П. В.; доценту, к. т. н. Онискиву В. Д. Особую благодарность автор выражает Мягковой И. В. за помощь в оформлении печатных работ.
