Розвиток процесів холодного об’ємного штампування заготовок складного профілю на основі оцінки їх якості в умовах граничного формоутворення

При виконанні досліджень по визначенню запасу пластичності в небезпечних областях деформування при вивченні процесів впровадження штампів в пластичний напівпростір і в смугу кінцевої товщини ставилася задача не тільки знаходження кількісних оцінок пластичності і їх залежностей від основних факторів процесів, але і проведення порівняльного аналізу результатів розрахунку за різними методиками. Для забезпечення достовірності досліджень розрахунки проводилися за однакових умов: визначалися використані ресурси пластичності в найбільш небезпечних областях - на бічних поверхнях клинів і заокруглених штампів, виконувалися умови рівності глибин впровадження, форм і параметрів інструментів, однорідності матеріалів і т.п.

Експериментальна перевірка полягала у визначенні величин накопиченої інтенсивності деформації з використанням методу твердості, а знайдені значення використаних ресурсів пластичності зіставлялися з наявністю мікро і макротріщин на зразках, що доводились при випробуваннях до руйнування.

Аналіз результатів дозволив відзначити наступне: значення накопиченої інтенсивності деформації , визначене за методом кінцевих елементів, перевищує знайдені за іншими методами. Так для випадку впровадження клина з кутом при вершині = 70⁰ в пластичний напівпростір при використанні методу твердості і ліній ковзання, величини виявилися на 20 % меншими знайдених за методом кінцевих елементів за тих же умов. Відповідно, значення використаних ресурсів пластичності також виявилися меншими на 25 %. Для випадку впровадження заокругленого штампа значення , знайдені за МКЕ, перевищили розраховані за інженерним методом на 23 %, щодо методу полів ліній ковзання - на 35 %. Розбіжність результатів розрахунків, виконаних за методом сумісного рішення рівнянь рівноваги і умов пластичності та методом полів ліній ковзання, не перевищили 17%.

Застосування представленої моделі за МКЕ показало, що результати розрахунків значень і завищені, що прийнятно для забезпечення запасу міцності виробу. Однак слід відмітити, що незважаючи на те, що в даний час метод кінцевих елементів набув широкого використання, розвиток комплексних підходів і розрахункових методик для вирішення прикладних задач обробки металів тиском продовжує залишатись актуальним.

Аналіз результатів розрахунків по різних критеріях деформуємості показав, що їх точність залежить від особливостей технологічного процесу, а саме від знаку приростів показників напруженого стану із зростанням ступеня деформації та історії деформування небезпечних областей заготовок. При дослідженні процесів, у яких має місце складне навантаження в умовах об'ємного напруженого стану, доцільно використовувати критерії, що дозволяють врахувати особливості процесу накопичення і заліковування пошкоджень в цих умовах.

В процесі досліджень виникла необхідність не тільки розробки фізико-математичних моделей для розрахунків напружено-деформованого стану, силових характеристик, дослідження стійкості заготовок, але і використання існуючих критеріїв руйнування і розробки нових, які б всебічно враховували вплив визначальних факторів: інваріантів тензора напружень на ресурс пластичності в небезпечних областях деформування, немонотонність навантаження і нелінійність накопичення пошкоджень.

Для досліджуваних процесів практичне значення мала оцінка пластичності при формоутворенні заготовок, визначення впливу термообробки на відновлення запасу пластичності в найбільш небезпечних, з погляду руйнування, областях. Таким чином, розробка і застосування критеріїв руйнування надали можливість вивчення умов деформування заготовок і закономірностей накопичення пошкоджень, що приводять до руйнування в найбільш небезпечних областях, їх залежностей від схеми напруженого стану і історії навантаження.

Практика застосування вказаних критеріїв показала, що при вивченні процесів холодного об'ємного штампування, які характеризуються складною реологією формоутворення заготовок в умовах об'ємного напружено-деформованого стану і складного навантаження, жоден з них не дає задовільної збіжності результатів розрахунку і експерименту.

З метою надійного визначення ресурсу пластичності в залежності від визна-чальних технологічних факторів процесів, формування сприятливої технологічної спадковості пропонується критерій:

, (17)

де - компоненти направляючого тензора пошкоджень.

В основу даного критерію покладений тензорний апарат накопичення пошкод-жень, при цьому враховується їх спрямованість і історія деформування небезпечних областей. Залежність пластичності від схеми напруженого стану характеризується двома показниками: (15) і (16). Для проведення розрахунків по даному критерію необхідно мати аналітичні залежності e_p = f(, ), які приведені в дисертаційній роботі.

Порівняння одержаних результатів показало, що при вивченні процесів впровадження клина в смугу кінцевої товщини і закочування пари поршень-шатун, шляхи деформування небезпечних областей яких характеризуються складними траєкторіями, розбіжність даних розрахунків по критеріях Г. А. Смірнова-Аляєва і (17) склали близько 30...40 %. Металографічні дослідження показали для даних областей наявність великих деформацій зерен, зародження і розвиток макротріщин.
Розбіжність результатів розрахунків граничних деформацій для процесу формування внутрішньої метричної різьби, шлях деформування небезпечної області якого в просторі - є траєкторією малої кривизни, склала не більш 15%.

Таким чином, при застосуванні критеріїв руйнування для оцінки якості виробів машинобудування, процеси, що досліджуються, можна класифікувати по характеру деформуємості заготовок в небезпечних областях.

Виконані дослідження впливу термообробки на відновлення запасу пластичності матеріалу втулки карданного валу дизель-потягу ДП-2 в найбільш небезпечних, з погляду руйнування, областях. Випробування зразків на осадження з різними ступенями деформації виконували з однією проміжною термообробкою. Режим термообробки зразків після деформування був таким: температура 700⁰ С, витримка при цій температурі 4 години і охолоджування разом з піччю.

Представлені зразки з різним ступенем деформації після відпалу, зруйновані зразки і діаграма, що характеризує стадії накопичення пошкоджень при деформуванні і можливості відновлення пластичності при подальшій термічній обробці. Аналізуючи цю залежність, можна відзначити, що дефекти, які не заліко-вуються при відпалі, виникають при 0,2…0,25. На основі отриманих результатів була призначена термообробка після досягнення штампів критичних глибин вдавлювання, методика визначення якої наведена в дисертаційній роботі.

У сьомому розділі відображене практичне використання одержаних результатів.

Теоретичні і експериментальні дослідження показали, що сумісне використання різних розрахункових методик може дати достовірніші результати по визначенню дослідних параметрів. Розроблена структурна схема вибору підходів до вивчення механіки процесів формоутворення заготовок [18, 23, 31], яка включає застосування розрахункових методів: полів ліній ковзання, методу сумісного рішення рівнянь рівноваги і умов пластичності, визначення напружено-деформованого стану по розподілу твердості, подільних сіток, методу кінцевих елементів для вирішення технологічних задач.

Рекомендується наступний алгоритм по вивченню процесів холодного об'ємного штампування заготовок складного профілю в умовах граничного формоутворення:

- виконання поетапних експериментальних досліджень із застосуванням розрізів заготовок в різних напрямках; при цьому застосування методу твердості дає можливість визначення полів інтенсивності напружень і деформацій - дана інформація може бути використана для розрахунків напружено-деформованого стану; методу подільних сіток - для поетапного вивчення накопиченої інтенсивності деформації і отримання інформації про реальну кінематику течії металу;

- застосування розроблених методик для розрахунків напружено-деформо-ваного стану щодо процесів формування внутрішнього шліцьового профілю трубних заготовок при їх обтиску на жорстких оправках, нанесення внутрішніх різьб методом холодного пластичного деформування, формоутворення труб і прутків при вигині на оправках, закочування труб;

- знаходження характеристик технологічного паспорта матеріалу (параметрів кривих течій, діаграм пластичності, кривих Баушингера);

- визначення небезпечних областей деформування заготовок з використанням показників напруженого стану (15) і (16);

- поетапне визначення в небезпечній області деформування значень накопиченого ступеня деформації і показників напруженого стану;

- побудова шляху деформування небезпечної області в координатах: пластичність - показник напруженого стану з подальшою її апроксимацією;

- визначення на стадіях пластичного формоутворення величин використаного ресурсу пластичності по розробленому критерію (17) із застосуванням знайдених раніше характеристик технологічного паспорта матеріалу і траєкторії шляху деформування небезпечної області;

- встановлення аналітичних залежностей між значеннями та основними параметрами технологічних процесів і формою інструменту;

- вивчення можливості максимального збереження пластичності в небезпечній області. Рекомендується застосування двох підходів:

1) вибір матеріалів з високими показниками пластичності - при цьому слід враховувати, що нові матеріали можуть мати високі показники зміцнення в процесі холодного деформування порівняно з традиційними, що може привести до зростання зусиль і навантажень на інструмент;

2) застосування встановлених аналітичних залежностей від основних параметрів технологічного процесу і форми інструменту для зміни напрямку шляху деформування у від'ємну область показників напруженого стану.

У дисертаційній роботі показана також можливість використання результатів, одержаних при розрахунках за методом полів ліній ковзання для визначення характеристик контактного тертя, а також зусиль при вдавлюванні клиновидного та заокругленого штампів для розробки програм розрахунків за методом кінцевих елементів при вирішенні подібних задач.

Розроблені рекомендації по вдосконаленню технологічних процесів. Встановлено, що для підвищення продуктивності процесу формоутворення внутрішнього шліцьового профілю, коефіцієнтів заповнюваності і замкнутості контурів необхідно вибирати геометричні розміри заготовок з відношенням товщини стінки до зовнішнього діаметра t₀/D₀ > 0,13, обмежуючи верхні межі значень з урахуванням необхідних експлуатаційних характеристик. Рекомендується перехід до схеми деформування з обмеженням осьової течії металу, а також його виконання за три робочі проходи матриць.

Для процесу вигину прутка на оправці рекомендується застосування матеріалів, у яких e_р при = 1,5 більше, ніж для традиційно використовуваного матеріалу Ст 65Г (40Х, 03ХДЮ).

Рекомендується розроблена методика оцінки критичних значень навантажень, при яких гарантується відсутність втрати стійкості у вигляді осесиметричних гофроутворень при формуванні крутовигнутих труб на жорстких оправках, яка дозволяє прогнозування граничного стану при заданих геометричних розмірах і матеріалах заготовок.

При проектуванні процесів формоутворення метричних різьб методом холодного пластичного деформування рекомендується використовувати розроблений двохстадійний підхід: перша стадія - коли пластичні зони від вдавлювання сусідніх клинів, відстань між вершинами яких складає крок різьби, не перетинаються, і друга - течія металу в збіжному каналі. Це дає можливість оптимізувати параметри: крок різьби, кут профілю, величину радіальної подачі формоутворюючих пластин.

В процесі закочування пари поршень-шатун аксіально-роторного поршневого насоса встановлені аналітичні співвідношення, які можуть бути використані для визначення впливу на використаний ресурс пластичності в небезпечній області деформування кутів нахилу профілю ролика, поточних значень радіусів вигину в меридіональній площині, а також зміцнення матеріалу.

В результаті проведених досліджень поліпшені характеристики якості виробів: в небезпечних областях деформування втулок з внутрішнім шліцьовим профілем підвищена міцність на 25...30%; одержаний запас міцності до 4,8; міцності на зминання шліцьового з'єднання - 4,34; досягнута точність виробів по 7-8 кв.; в порівнянні з механічною обробкою витривалість і статична міцність видавленої різьби зросли відповідно на 18-25%; твердість - на 25-30%; рекомендації по вдосконаленню процесу закочування пари поршень-шатун дозволили зменшити брак, пов'язаний з нестабільністю отримання зазору, а також підвищити міцність в області формування зовнішнього профілю; для процесів вигину труб і прутків на жорстких оправках підвищена міцність зовнішньої області вигину, зменшені браковочні ознаки у вигляді тріщин і гофроутворень.

В роботі обґрунтована можливість і наведені приклади створення регульованих інструментів із змінними навантаженими робочими поверхнями для процесів протягування і обтиску трубних заготовок [36-38], на конструкції яких одержані патенти України.

ВИСНОВКИ

Дисертаційна робота присвячена розвитку процесів холодного об'ємного штампування заготовок складного профілю з проведенням оцінки їхньої якості в умовах граничного формоутворення. Робота направлена на вирішення важливої наукової проблеми - підвищення ефективності виробництва за рахунок вдосконалення процесів, вибору схеми деформування і раціональної послідовності технологічних операцій на основі оцінки деформуємості заготовок в умовах формоутворення, близьких до вичерпання ресурсу пластичності.

В процесі теоретичного і експериментального досліджень одержані наступні основні результати і зроблені висновки:

1. Отримали розвиток основи теорії деформуємості заготовок складного профілю в умовах граничного формоутворення. На основі розроблених та уточнених математичних моделей процесів холодного об'ємного штампування заготовок роз-роблені розрахункові методики, за допомогою яких є можливим ще на стадії проектування технологічних процесів оцінювати ресурс пластичності різних матеріалів, а також прогнозувати технологічну спадковість заготовок без проведення трудомістких експериментальних досліджень.

2. Розроблені напрямки комплексного підходу до вирішення технологічних задач теорії пластичності, що включають застосування феноменологічної теорії деформуємості в поєднанні з розрахунково-експериментальними методами і характеристиками технологічного паспорта матеріалів.

3. Визначені залежності граничних характеристик формоутворення заготовок від основних технологічних факторів, що дало можливість удосконалити досліджені технологічні процеси і дати рекомендації для їх раціональної побудови.

4. Розроблений критерій руйнування, заснований на тензорній моделі накопичення пошкоджень для оцінки деформуємості заготовок в умовах об'ємного напруженого стану і складного навантаження, що дає можливість оцінити пластичність при формоутворенні заготовок, умови їх деформування, закономірності накопичення пошкоджень, які приводять до руйнування в найбільш небезпечних областях, залежності пластичності від схеми напруженого стану і історії навантаження. Експери-ментальна перевірка показала задовільну збіжність результатів розрахунків по даному критерію при оцінці небезпечної області деформування.

5. Для процесів формування внутрішнього шліцьового профілю трубних заготовок при їх обтиску на жорстких оправках, нанесенню внутрішніх різьб методом холодного пластичного деформування, формоутворення труб і прутків при вигині на оправках, закочуванню труб розроблені математичні моделі визначення напружено-деформованого стану в небезпечних областях деформування, з використанням яких, не вдаючись до трудомістких експериментальних досліджень, можливо здійснювати математичне і комп'ютерне моделювання і встановлювати вплив основних технологічних факторів на значення використаного ресурсу пластичності.

6. Одержали подальший розвиток методики побудови діаграм пластичності для умов об'ємного напруженого стану. Виведені аналітичні співвідношення, які дозволяють враховувати вплив першого і третього інваріантів тензора напружень на використаний ресурс пластичності в небезпечних областях деформування.

7. Для досліджених процесів представлені рекомендації з вибору матеріалів заготовок на основі оцінки їх деформуємості в умовах об'ємного напруженого стану і складного немонотонного деформування. Обґрунтовано, що в якості основних характеристик матеріалів, необхідно застосовувати параметри апроксимуючих функцій кривих течій і діаграм пластичності.

8. Розроблені оправки із змінними робочими елементами, які використані для реалізації процесу охоплюючого протягування. По даних розробках одержано 3 патенти України.

9. На основі проведених теоретичних і експериментальних досліджень розроблені рекомендації з розрахунків і проектування технологічних процесів холодного об'ємного штампування заготовок складного профілю для отримання виробів з необхідними якісними характеристиками.

Впровадження результатів досліджень на промислових підприємствах дозволило підвищити продуктивність праці, поліпшити якість виробів, понизити енергоємність і трудомісткість їх виготовлення, зменшити брак і підвищити коефіцієнт використовування металу.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ РОБІТ ПО ТЕМІ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Використаний ресурс пластичності металу при видавлюванні внутрішньої метричної різі / В.А. Огородніков, О.В. Нахайчук, М.В. Любін, М.В. Бабак // Вісник Вінницького політехнічного інституту. - 1998. - №1 (18). - С. 68-72.

2. Нахайчук О. В. Исследование процесса получения продольных канавок на внутренних поверхностях втулок методом обжатия // Вибрации в технике и технологиях. - 1998. - №1(5). - С. 34-37.

3. Нахайчук О. В. Розрахунок матриці для обтиску циліндричних заготовок на оправки // Вибрации в технике и технологиях. - 1998. - №2 (6). - С. 42-46.

4. Нахайчук О. В. Напряжённо-деформированное состояние при вдавливании заокругленного индентора в жёсткопластическое полупространство // Удосконалення процесів та обладнання обробки тиском в машинобудуванні та металургії. - Краматорськ: ДДМА. - 1999. - С. 28-32.

5. Нахайчук О. В. Напружено-деформований стан при втисканні плоского індентора в жорстко-пластичний півпростір // Машинознавство.- 2001. - №7. - С. 6-9.

6. Нахайчук О. В. Механіка деформування циліндричних заготовок при обтисканні на клиновій оправці // Машинознавство. - 2001. - №10. - С. 24-27.

7. Нахайчук О. В. Поле деформаций и скоростей деформаций при внедрении клинового линейного индентора // Сучасне машинобудування. - 2000. - №1-2 (3-4).- С. 19-22.

8. Нахайчук О. В. Кінематика і розрахунок набутої інтенсивності деформацій при втисненні закругленого індентора // Наукові нотатки: Міжвузівський збірник. - Луцьк 2000. - №7. - С. 156-160.

9. Нахайчук О. В. Механика деформирования при внедрении трапецеидального индентора // Вибрации в технике и технологиях. - 2000. - №2 (14). - С. 47-51.

10. Нахайчук О. В. Напряжённо-деформированное состояние при вдавливании в пластичный материал линейных инденторов различных форм // Удосконалення процесів та обладнання обробки тиском в металургії та машинобудуванні. - Краматорськ: ДДМА. - 2000. - С. 41-47.

11. Нахайчук О. В. Пристрій для нанесення трикутних канавок на внутрішніх поверхнях втулок // Вісник Вінницького політехнічного інституту. - 2000.- №5 (32).- С. 41-43.

12. Механіка деформування в процесі виготовлення крутозігнутих трубчастих заготовок / В.А. Огородніков, О.В. Нахайчук, О.В. Грушко, В.Г. Нахайчук // Вісник Вінницького політехнічного інституту. - 2000. - №2 (29). - С. 66-71.

13. Огородников В.А., Нахайчук О.В., Мазуренко А.Л. Оценка деформируемости при вдавливании клина в полосу конечной толщины // Проблеми трибології. - 2000. - №3(32). - С. 41-48.

14. Огородніков В.А, Нахайчук О.В. Дослідження стійкості крутозігнутої циліндричної поверхні // Удосконалення процесів та обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні. - Краматорськ-Слов'янськ: ДДМА. - 2000. - С. 191-195.

15. Огородников В.А., Нахайчук О.В., Грушко О.В. Комплексное исследование механики формообразования крутоизогнутых отводов // Проблеми трибології. - 2000. - №4. - С. 77-84.

16. Нахайчук О. В. Исследование контактного трения при вдавливании клиновидного инструмента // Удосконалення процесів та обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні. - Краматорськ: ДДМА. - 2001. - С. 331-336.

17. Огородников В.А., Мазуренко А.В., Нахайчук О.В. Особенности контактного трения при вдавливании клиньев с большими углами растворов // Вибрации в технике и технологиях. - 2001. - №2 (18). - С. 50-53.

18. Огородников В.А., Нахайчук О.В. Комплексная методика определения напряжённо-деформированного состояния нестационарных процессов // Захист металургійних машин від поломок: Зб. наук. пр. - Вип. 6. - Маріуполь, 2002. - С. 189-193.

19. Нахайчук О. В. Оценка деформируемости металла при изготовлении зубьев граблей // Вісник Харківськ. держ. техн. універс. с/г. - Вип. 8 “Підвищення надійності відновлюємих деталей машин”, том 2. - 2001. - С. 279-284.

20. Огородников В.А., Нахайчук О.В. Исследование механики процессов гибки прутков и трубчатых поверхностей // Удосконалення процесів і обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні. - Краматорськ: ДДМА. - 2002. - С. 297-304.

21. Огородников В.А., Нахайчук О.В. Разработка системных подходов к решению задач теории пластичности // Удосконалення процесів і обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні. - Краматорськ-Хмельницький: ДДМА. - 2002. - С. 10-12.

22. Нахайчук О. В. Комплексный подход к оценке деформируемости заготовок в процессе внедрения клина // Ресурсозберігаючі технології виробництва та обробки тиском матеріалів у машинобудуванні: Зб. наук. пр. - Частина 1. - Луганськ, Східноукраїнськ. нац. універс. - 2003. - С. 110-116.

23. Нахайчук О. В. Обоснование подходов к изучению механики процессов формообразования изделий // Вибрации в технике и технологиях. - 2002. - №2 (23) - С. 39-40.

24. Нахайчук О. В. Регульовані інструменти із змінними найбільш навантаженими робочими поверхнями // Високі технології в машинобудуванні: Зб. наук. пр. НТУ “ХПІ”. - Харків, 2002. - Вип. 1 (5) - С. 248-252.

25. Розенберг О.А., Огородников В.А., Нахайчук О.В. Механика формирования внутреннего шлицевого профиля методом обжатия на оправке // Сучасні процеси

механічної обробки інструментами з НТМ та якість поверхні деталей машин: Зб. наук. пр. - Київ: НАН України, ІНМ ім. В. М. Бакуля. - 2003. - С. 256-266.

26. Огородников В.А., Нахайчук О.В., Музычук В.И. Приложение теории деформируемости к решению задач механики формирования внутреннего шлицевого профиля обжатием на оправке // Прогрессивные технологии и оборудование кузнечно-штамповочного производства: Сб. науч. трудов междун. НТК. - МГТУ “МАМИ”, 2003. С. 66-75.

27. Нахайчук О. В. Исследование механики внедрения плоского штампа в жёстко-пластический материал с использованием метода конечных элементов // Физика и техника высоких давлений. - 2004, том 14, №1. - С. 71-78.

28. Нахайчук О. В. О технологическом наследии процесса получения внутреннего шлицевого профиля // Удосконалення процесів і обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні. - Краматорськ: ДГМА. - 2004. - С. 191-197.

29. Огородников В.А., Савчинский И.Г., Нахайчук О.В. Напряжённо-деформированное состояние при формировании внутреннего шлицевого профиля методом обжатия на оправке // Тяжёлое машиностроение. - 2004. - №12. - С. 31-33.

30. Огородніков В.А., Нахайчук О.В., Музичук В.І. Вплив термообробки на відновлення запасу пластичності виробу під час формування внутрішнього шліцьового профілю // Вісник Вінницького політехнічного інституту. - 2004. - №5. - С. 92-96.

31. Нахайчук О. В. Методы расчёта процессов холодной обработки давлением // Удосконалення процесів і обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні. - Краматорськ: ДДМА. - 2005. - С. 119-123.

32. Огородников В.А., Нахайчук О.В. Оценка прочности после восстановления шлицевого соединения вала дизель-поезда // Дні науки - 2005: Зб. наук. пр. міжнар. НПК. - Дніпропетровськ: Том 35. Техніка. С. 29-30.

33. Нахайчук О.В., Огородников В.А., Музычук В.И. Напряжённо-деформи-рованное состояние в процессе закатки поршня-шатуна поршневого насоса // Вібрації в техніці та технологіях. - 2005. - №2(40). - С. 63-66.

34. Огородников В.А., Нахайчук О.В., Музычук В.И. Исследование процесса закатки поршня с шатуном аксиально-роторного поршневого насоса // Проблеми трибології. - 2005. - №1(34). - С. 129-133.

35. Нахайчук О. В. Застосування критеріїв руйнування для оцінки якості виробів машинобудування // Final international scientifically-practical conference “The Science: theory and practice”. Engineering science. - Prague: Publishing House “Education and Science”, 2005. - Vol. 27. - P.17-20.

36. Пат. 47441 А Україна, МПК⁷ В 21 D 41/04. Інструмент для виготовлення шліцевих канавок на внутрішніх поверхнях втулок / Нахайчук О.В., Любін М.В. - № 98041901; Заявл. 14.04.98; Опубл. 15.07.02., Бюл. №7. - 2 с.

37. Пат. 45429 А Україна, МПК⁷ В 21 D 41/04, B 21 J 5/12. Спосіб виготовлення канавок на внутрішній поверхні втулки / Нахайчук О.В. - № 98052644; Заявл. 21.05.98; Опубл. 15.07.02., Бюл. № 4. - 2 с.

38. Пат. 45467 А Україна, МПК⁷ В 23 D 43/02. Пристрій для нанесення стружковідокремлювальних канавок / Нахайчук О.В. - № 99041856; Заявл. 02.04.99; Опубл. 15.04.02., Бюл. №4. - 2 с.

АНОТАЦІЯ

Нахайчук О. В. Розвиток процесів холодного об'ємного штампування заготовок складного профілю на основі оцінки їх якості в умовах граничного формоутворення. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.03.05. - процеси та машини обробки тиском. - Донбаська державна ма-шинобудівна академія, Краматорськ, 2006.

Дисертація присвячена розробці технологічних процесів холодного штампування заготовок складного профілю, загальними ознаками яких є перехід від операцій різання та деформуючо-ріжучого протягування до обробки металів тиском в холодному стані.

Проведені теоретичні та експериментальні дослідження показали необхідність розвитку розрахунково-експериментальних методів на основі створення комплексних підходів для вирішення прикладних технологічних задач. На основі розвитку математичної теорії пластичності стосовно процесів формування внутрішнього шліцьового профілю, закочування труб, формування внутрішніх різьб, згинання на оправках трубних заготовок та прутків при використанні феноменологічної теорії деформуємості розроблена інженерна методика розрахунків впливу основних параметрів процесів на якість і технологічну спадковість готових виробів. Представлені результати порівняльного аналізу застосування методу кінцевих елементів, методу сумісного рішення рівнянь рівноваги і умов пластичності та методу полів ліній ковзання стосовно процесів вдавлювання штампів, з проведенням оцінки деформуємості заготовок.

Розроблений критерій деформуємості, в основу якого покладена тензорна модель накопичення пошкоджень та функціональна залежність пластичності від двох показників напруженого стану. Обґрунтована можливість застосування критеріїв руйнування для оцінки якості виробів машинобудування. Використання розрахунково-експериментальних методів в поєднанні з сучасними досягненнями теорії пластичності, теорії деформуємості, моментної теорії оболонок з врахуванням зміцнення металу надало можливості всебічного вивчення на якісно новому рівні механіки процесів холодного об'ємного штампування заготовок складного профілю та практичного застосування результатів дисертаційної роботи.

Ключові слова: граничне формоутворення, напруження, деформації, якість деталей, пластичність, деформуємість, руйнування, обробка металів тиском.

Nahaichuk O. V. Development of processes shaped blanks cold die forging according to their quality estimation in boundary forming conditions.

Thesis submitted for the scientific degree of a Doctor of Technical Sciences on the speciality 05.03.05 - processes and machines for the pressure treatment. - Donbass State Engineering Academy, Kramatorsk, 2006.

The dissertation is devoted to the development of new progressive technological processes, the common characteristics of which are the transition from deforming-cutting broaching to the cold plastic metal working.

The theoretical and experimental researches conducted showed the necessity for the development of calculation-experimental methods on the ground of creation of the complex approaches to the solution of applied technological problems.

According to the mathematical theory of plasticity in the processes of the internal spline profile forming, pipes spinning, internal screw-tread forming, bending on mandrels of pipe and bar blanks, dies pressing and phenomenological theory of deformability implementation the engineering methods of calculation of influence of basic parameters of the processes on the quality and technological heredity of the finished products are de-veloped.

The results of the comparative analysis of finite elements method, engineering method and method of slip lines in the process of dies pressing and the estimation of deformability of blanks are presented.

Deformability criterion based on the tensor model of damages accumulation and functional dependence of plasticity on two indicators of a stressed state is developed. The possibility of destruction criteria application for the engineering products quality evaluation is substantiated.

Application of calculation-experimental methods in combination with the up-to-date achievements of the theory of plasticity, theory of deformability, the moment theory of membranes taking into account strengthening of metal made it possible to carry out a detailed, qualitatively new mechanical study of cold die forging of shaped blanks and practical application of the dissertation results.

Key words: boundary forming, stress, deformations, quality of details, plasticity, deformability, destruction, plastic metal working.

Нахайчук О. В. Развитие процессов холодной объёмной штамповки заготовок сложного профиля на основе оценки их качества в условиях предельного формообразования. - Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени доктора технических наук по специальности 05.03.05 - процессы и машины обработки давлением. - Донбасская государственная машиностроительная академия, Краматорск, 2006.

Диссертация посвящена разработке технологических процессов, общими признаками которых является переход от операций резания и деформирующе-режущего протягивания к обработке металлов давлением в холодном состоянии. На основании проведённых теоретических и экспериментальных исследований создан вариант теории деформируемости заготовок сложного профиля в условиях предельного формообразования, включающий развитие расчётно-экспериментальных методов для решения прикладных технологических задач.

Одной из основных характеристик качества формируемых изделий был принят использованный ресурс пластичности в опасных областях деформирования, который на каждый технологический процесс накладывает соответствующие ограничения. Выполнены экспериментально-теоретические исследования по установлению зависимостей влияния основных технологических факторов на значение ресурса плас-тичности, на основании которых были выбраны схемы деформирования; за счёт построения рациональной последовательности технологических операций обеспечено получение изделий с необходимыми физико-механическими характеристиками.

Наряду с созданием физико-математических моделей для расчётов напряжённо-деформированного состояния, силовых характеристик, исследования устойчивости заготовок, обоснована необходимость применения существующих критериев разрушения и разработки новых, которые бы в полной мере учитывали влияние определяющих факторов: инвариантов тензора напряжений на ресурс пластичности в опасных областях деформирования, немонотонность нагружения и нелинейность накопления повреждений. Разработан критерий, учитывающий влияние двух инвариантов тензора напряжений на пластичность, в основу которого положен тензорный аппарат оценки накопления повреждений.

Использование математической теории пластичности относительно процесов внедрения штампов и применение феноменологической теории деформируемости предоставило возможность разработки инженерной методики расчёта влияния основных параметров процеса получения внутреннего шлицевого профиля в трубных заготовках на качество и технологическую наследственность готовых изделий.

Представлены результаты сравнительного анализа расчётов по методам конечных элементов и полей линий скольжения относительно процессов внедрения штампов с проведением оценки деформируемости заготовок.

Применение расчётно-экспериментальных методов в сочетании с современными достижениями теории пластичности, теории деформируемости, моментной теории оболочек с учётом упрочнения металла дало возможность всестороннего изучения на качественно новом уровне механики процессов формообразования трубных и прутковых заготовок с целью их совершенствования.

Изложенные научные положения позволили определить основные направления комплексного подхода к решению технологических задач относительно процессов холодной объёмной штамповки заготовок сложного профиля в условиях предель-ного формообразования с применением феноменологической теории деформируемости и расчётных методов: полей линий скольжения, метода совместного решения уравнений равновесия и условий пластичности, делительных сеток, определения напряжённо-деформированного состояния по распределению твёрдости, конечных элементов.

Ключевые слова: предельное формообразование, напряжение, деформации, качество деталей, пластичность, деформируемость, разрушение, обработка металлов давлением.

Размещено на Allbest.ru