WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

Во второй главе даны теоретические решения по определению напряженно-деформированного состояния заготовки при обжиме и раздаче в условиях осевой симметрии очага деформации с использованием вариационных методов теории пластичности.

Математические расчеты процесса обжима осесимметрической трубной заготовки в жесткой матрице выполнены по схеме на рис. 2. Деформируемый материал заготовки идеально пластичный. Внешнее трение отсутствует. Изменение длины заготовки определяется зависимостью:

uz = h+az, (1)

где uz – перемещение поперечного сечения, располагающегося на расстоянии z от начала очага деформации; h – перемещение торца трубы (перемещение ползуна пресса); а – неизвестный коэффициент, подлежащий определению.

Рис. 2. Схема обжима трубной заготовки в жесткой конической матрице

В процессе обжима трубная заготовка уменьшается в диаметре, увеличивается толщина ее стенки и изменяется длина в зависимости от величины и знака коэффициента а.

Определим размеры заготовки после деформирования. Решим задачу в линейной постановке с использованием энергетических принципов механики сплошной среды.

При решении задачи используем условие несжимаемости в цилиндрических координатах:

(2)

Перемещение материальных частиц в окружном направлении отсутствует:

. (3)

Учитывая осевое перемещение поперечных сечений, условие несжимаемости принимает вид:

. (4)

В результате получаем:

.

Определив постоянную интегрирования из граничных условий:

= 0 и, где – угол конусности матрицы, получаем:

. (5)

Тогда приращения деформаций:

(6)

С учетом условия несжимаемости выражение для интенсивности приращений деформаций принимает вид:

. (7) Работа внутренних сил равна:

, (8) где V – объем заготовки в очаге деформации.

Подставив неравенство Буняковского, заменив знак () на знак приближенного равенства (), и проинтегрировав получим:

(9)

Условие минимума энергии формоизменения:

. (10)

Следовательно:

. (11)

Из полученных выражений видно, что и работа внешних сил, и работа внутренних сил – линейные функции h.

Полученные зависимости позволяют определить изменение толщины и длины заготовки в очаге деформации.

Так, усилие обжима:

(12)

Здесь.

Рис. 3. Зависимость коэффициента ао./h от коэффициента обжима К0:

1 – h/(2R0)=0,2; 2 – h/(2R0)=0,5; 3 – h/(2R0)=1,0; 4 – h/(2R0)=1,5
(труба 5048)

Математические расчеты процесс раздачи осесимметрической трубной заготовки по жесткому коническому пуансону выполнены по схеме на рис. 4.

Основные допущения и методика расчета аналогичны рассмотренному процессу осесимметричного обжима.

Рис. 4. Схема процесса осесимметричной раздачи трубы

на жестком пуансоне

В результате расчетов получили формулу для расчета коэффициента а:

. (13)

Рис. 5. Зависимость относительного коэффициента ар /h

от коэффициента раздачи при различном размере h (труба 5048):

1 – h/D = 1,5; 2 – h/D = 1,0; 3 – h/D = 0,5; 4 – h/D = 0,2

В третьей главе дано решение по определению напряженно-деформированного состояния заготовки при обжиме и раздаче в неосесимметричном очаге деформации.

Математические расчеты неосесимметричного обжима трубы по жесткой матрице выполнены в соответствии со схемой рис. 6. Кольцевые элементы заготовки радиусом r в очаге деформации будут смещаться относительно плоскости симметрии заготовки с уменьшением этого радиуса до величины R.

Рис. 6. Схема изменения формы трубы при неосесимметричном обжиме

В результате неосесимметричного обжима реализуются следующие геометрические соотношения:

;

; (14)

,

где a0 – коэффициент изменения длины при = 0.

Условие несжимаемости имеет вид:

; (15)

.

Так как при = 0 и = /2; U = 0, то.

Тогда условие несжимаемости принимает вид:

. (16)

Решив уравнение и определив постоянную интегрирования, получаем приращения деформаций:

;

;

; (17)

;

;

.

По разработанной методике определяем интенсивность приращений деформаций сдвига и мощность внутренних сил:

(18)

Из условия имеем:

. (19)

Рис. 7. Зависимость коэффициента а0 от угла конусности

обжатого участка (труба 5048):
1 – K0 = 0,9; 2 – K0 = 0,7; 3 – K0 = 0,5; 4 – K0 = 0,3

Математические расчеты неосесимметричной раздачи труб
по жесткому пуансону выполнены в соответствии со схемой на рис. 8.

Радиус внутренней поверхности равен. Радиус внешней поверхности. Перемещение в осевом направлении п перечных сечений равняется, где ap – коэффициент изменения длины при = 0.

Рис. 8. Схема изменения формы заготовки при неосесимметричной раздаче

Условие несжимаемости имеет вид

,

где.

Так же как при обжиме U = 0 при = 0 (из-за симметрии относительно очага деформации) и U = 0 при, примем, что и U = 0 то есть примем, что материальные частицы не смещаются в угловом направлении, а перемещаются только в радиальном направлении.

Выполнив необходимые расчеты, получаем:

. (20)

Рис. 9. Зависимость коэффициента ар от угла конусности
пуансона (труба 10098): 1 – Кр =2,0; 2 – Кр =1,5; 3 – Кр = 1,3

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследований, выполненных с целью:

- подтверждения принятых допущений и предположений;

- уточнения влияния механических свойств материала на распределение удлинений;

- определения силовых параметров исследуемых процессов;

- сопоставления результатов теоретических расчетов с экспериментом.

Экспериментальные исследования осесимметричного и неосесимметричного обжима и раздачи проводились с использованием гидравлической испытательной машины «Olsen» с максимальным усилием 30,0 т. Нагрев штамповой оснастки осуществлялся с помощью трубчатых электронагревателей. Нагрев заготовки происходил от штамповой оснастки. Температура нагрева контролировалась хромель-алюмеливыми термопарами с помощью потенциометра КСП-4. В качестве смазочных материалов для рабочих поверхностей заготовки и оснастки использовалось машинное масло и коллоидно-графитовый препарат при штамповке в холодном состоянии и с нагревом соответственно.

Эксперименты проводились на трубных заготовках 26 – 50 мм с толщиной стенки 1,0-1,5 мм. Использовались заготовки из алюминиевых сплавов АМг3М, АМг6М и Д16Т. Перед деформированием заготовки размечались в окружном и осевом направлении с получением сетки с размерами ячеек 3-5 мм. После формоизменения изменение сетки размеров измерялось различными методами: штангенциркулем, индикатором часового типа, с помощью инструментального микроскопа или координатографа «Inspector-60».

В качестве технологической оснастки использовался жесткий инструмент: различные пуансоны для раздачи и матрицы для обжима.

В ряде случаев для моделирования неосесимметричных процессов использовались симметричные пуансоны и матрицы, наклоненные от вертикальной оси в специальном приспособлении (рис. 10).

Рис. 10. Приспособление для наклона симметричных пуансонов и матриц

Для подтверждения правильности выбора схем деформирования были проведены предварительные экспериментальные исследования. В данных экспериментах заготовка не нагревалась. Использовались трубные заготовки 30х1,5 мм из Д16Т. Схема процессов приведена на рис. 11.

а) б) в)

Рис. 11. Схема экспериментов при : а)- раздаче; б)- обжиме;

в)- неосесимметричной раздаче

Предварительные эксперименты показали правильность выбранных схем деформирования и эффективность контролируемых геометрических параметров заготовки. Установлено, что длина заготовки L уменьшается интенсивнее с увеличением степени формоизменения.

Серия экспериментов по осесимметричному деформирования проводилась с дифференцированным нагревом материала заготовки. Температура нагрева заготовки в очаге деформации изменялась от 3500С до 4000С.

Деформирование осуществлялось в несколько этапов со снятием заготовки из штампа, ее охлаждения, замеров, нагрева и последующего деформирования.

По результатам эксперимента построен график необходимого перемещения L заготовки для увеличения на 1,0 мм максимального радиуса раструба (рис. 12). Из графика видно, что чем больше степень раздачи заготовки (меньше коэффициент раздачи Кр), тем большее перемещение исходной заготовки необходимо обеспечить в очаг деформации.

Рис. 12. Зависимость требуемого перемещения заготовки L для увеличения на 1,0 мм максимального радиуса конического раструба детали

Распределение толщины в зависимости от степени раздачи (от коэффициента раздачи трубы) приведено на рис. 13. С увеличением степени раздачи трубы разнотолщинность детали увеличивается.

Рис. 13. Распределение толщины стенки по текущему радиусу заготовки

при раздаче : 1 – Кр = 0,8; 2 – Кр = 0,65; 3 – Кр = 0,5; 4 – Кр = 0,45

Для cравнения теоретических и расчетных данных по определению коэффициента aр были выполнены эксперименты, результаты которых приведены на рис. 14.

Величины, входящие в расчетную формулу, определялись по приведенным выше зависимостям:

h= (Rmax –Ro)/sin; а=(Uz=h-h)/h; Uz=h=R/(2tg),

где R– увеличение максимального радиуса (1 мм).

Рис. 14. Зависимость коэффициента aр от коэффициента раздачи

(труба 32х1 мм, половина угла пуансона 22,50)

По результатам экспериментов по осесимметричному обжиму можно сделать вывод, что длина получаемой детали практически не отличается от длины исходной заготовки.

Детали, полученные в результате серии экспериментов по неосесимметричному деформированию показаны на рис. 15.

а) б)

Рис. 15. Детали, полученные при неосесимметричном деформировании:

а)- обжим; б)- раздача

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Анализ существующих способов изготовления деталей обжимом и раздачей трубчатых заготовок показал, что усложнение форм деталей, повышение требований к точности и качеству их изготовления при сокращении ручных доводочных работ, использование современных высокопрочных материалов требует совершенствования, используемых в настоящее время, оборудования, технологических процессов и методов расчета технологических параметров.

2. С использованием вариационных методов теории пластичности построены уточненные математические модели и методы расчета напряженно-деформированного состояния при обжиме и раздаче трубных заготовок в условиях осесимметричного и неосесимметричного деформирования. Полученные теоретические зависимости позволяют по сравнению с существующими теориями определить изменение толщины и длины заготовки в очаге деформации, а также усилие деформирования в зависимости от геометрических размеров матрицы, пуансона и заготовки.

3. На базе полученной математической модели разработано программное обеспечение для ЭВМ для обоснования выбора схемы процесса обжима или раздачи, расчета оптимальных технологических параметров и устройств, обеспечивающих получение деталей необходимого качества и требуемых геометрических размеров.

4. В результате проведения экспериментальных исследований были подтверждены принятые в теоретическом анализе допущения и предположения, уточнено влияние механических свойств материала на распределение удлинений. Определены силовые параметры исследуемых процессов. Погрешность в расчете технологических параметров не превышает 15-20%.

5. Предложены эффективные пути оптимизации форм и размеров штамповой оснастки для реализации разработанных процессов в промышленности.

Основное содержание диссертации отражено в следующих публикациях:

1. Шпорт Р.В., Марьин Б.Н., Макаров К.А. Изготовление высокоресурсных элементов гидрогазовых систем самолета// Авиационная промышленность- 2007. -№ 4 – С. 38 – 42.

2. Шпорт Р.В., Марьин Б.Н., Макаров К.А. Перспективные технологические процессы обжима и раздачи трубных заготовок с использованием гранулированного наполнителя// Авиационная промышленность- 2008. -№ 2– С. 23– 24.

3. Шпорт Р.В. Совершенствование изготовления деталей летательных аппаратов из трубных заготовок// Новые материалы и технологии- НМТ-2008. Материалы Всероссийской научно-технической конференции. Москва. Т 2. – М.: ИЦ МАТИ, 2008.- С. 67-68.

4. Макаров К.А., Шпорт Р.В. Перспективные технологии изготовления элементов гидрогазовых систем летательных аппаратов// Актуальные проблемы российской космонавтики. Труды XXXII академических чтений по космонавтике. Москва. – М.: Комиссия РАН по разработке научного наследия пионеров освоения космического пространства, 2008.- С. 504.

5. Шпорт Р.В. Разработка и исследование процессов изготовления деталей летательных аппаратов из трубных заготовок// Научные труды Международной молодежной научной конференции ХХХIV Гагаринские чтения. Москва.– М.: МАТИ, 2008.- С. 34.

6. Макаров К.А., Шпорт Р.В. Интенсификация процессов обжима и раздачи трубных заготовок при изготовлении тонкостенных деталей летательных аппаратов// Научные труды МАТИ. Выпуск 14 (86). – М.: ИЦ МАТИ, 2009.- С.132-136.

Подписано в печать 29.04.2009. Объем 1 печ.л. Тираж 100 экз.

Отпечатано в типографии

Pages:     | 1 ||






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»