Краєвський Володимир Олександрович. Удосконалення процесів холодного торцевого розкочування та ротаційної витяжки на основі математичного моделювання механіки формоутворення

brief description

Краєвський Володимир Олександрович. Удосконалення процесів холодного торцевого розкочування та ротаційної витяжки на основі математичного моделювання механіки формоутворення: дис... канд. техн. наук: 05.03.05 / Вінницький національний технічний ун-т. - Вінниця, 2004

Краєвський Володимир Олександрович. Удосконалення процесів холодного торцевого розкочування та ротаційної витяжки на основі математичного моделювання механіки формоутворення. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.03.05 - Процеси та машини обробки тиском. Вінницький національний технічний університет, Вінниця, 2004.
Дисертація присвячена розв'язанню задачі удосконалення розрахункового апарату механіки формоутворення при холодному торцевому розкочуванні та ротаційній витяжці. Для оцінки службових характеристик та здатності до наступного формоутворення деталей створено тензорно-лінійну модель накопичення пошкоджень, що враховує неспіввісність головних напрямів тензорів приростів деформацій та накопичення пошкоджень. Розроблено математичні моделі, які визначають напрям течії приконтактного шару металу під час процесу холодного торцевого розкочування конічним та циліндричним валками. Запропоновано аналітичні вирази для обчислення площі контакту конічного валка із заготовкою із врахуванням утворення попереду валка пластичної хвилі. На основі розробленої математичної моделі згинання смуги запропоновано методику визначення зусилля деформування при ротаційній витяжці. Розроблені технологічні процеси переформування квадратних заготовок у круглі методом холодного торцевого розкочування та відбуртовки внутрішнього та зовнішнього контурів ротаційною витяжкою.

У дисертації наведено теоретичне узагальнення і нове розв'язання наукової задачі удосконалення розрахункового апарату механіки формоутворення (кінематики течії металу, накопичення пошкоджень та напружено-деформованого стану виробів) при процесах холодного торцевого розкочування та ротаційної витяжки.
В результаті досліджень, здійснених за темою дисертаційної роботи, отримані такі наукові і практичні результати:
1. Розроблено тензорну модель накопичення пошкоджень із врахуванням „пам'яті напрямів”, яка відрізняється від існуючої тензорно-лінійної моделі тим, що при її побудові відкидається постулат про співвісність головних напрямів тензорів накопичення пошкоджень і приростів деформацій. Між етапами деформування вводиться буферна зона, під час якої відбувається поворот головних напрямів тензора накопичення пошкоджень від головних напрямів тензора приростів деформацій на попередньому етапі до головних напрямів тензора приростів деформацій на поточному етапі.
2. На базі розробленої тензорно-лінійної моделі накопичення пошкоджень із врахуванням „пам'яті напрямів” із використанням лінійної, квадратичної, степеневої та експоненціальної апроксимацій функцій пошкодженості знайдено критеріальні співвідношення для випадків найпростіших видів деформування: двохетапного, багатоетапного, циклічного та проведено перевірку адекватності розробленої моделі експериментальним даним двохетапного деформування. Перевірка показала кращу кількісну відповідність запропонованої моделі у порівнянні із тензорно-лінійною моделлю накопичення пошкоджень без врахування „пам'яті напрямів” (середня відстань від експериментальних точок до кривої, яка описується тензорно-лінійною моделлю (1) 0,136, а до кривої, яка описується тензорно-лінійною моделлю із врахуванням пам’яті напрямів” 0.067). Також спостерігається значна якісна відмінність у випадку, коли косинус зламу траєкторії деформування менше за нуль і матеріал майже вичерпав ресурс пластичності на першому етапі деформування, тобто при, тоді відбувається різке зменшення залишкового ресурсу пластичності, що пояснює значний розкид експериментальних даних при.
3. Для уникнення проведення експериментальних досліджень при нестаціонарному деформуванні та більш повного врахування особливостей конкретного матеріалу розроблено метод визначення параметрів тензорних моделей накопичення пошкоджень на основі кривих повзучості.
4. Вперше отримано математичні моделі формоутворення при холодному торцевому розкочуванні циліндричним та конічним валками, які визначають кут між векторами швидкостей точок заготовки та інструмента у плямі контакту в залежності від технологічних параметрів процесу і дозволяють цілеспрямовано на стадії проектування варіювати цими параметрами для забезпечення необхідної інтенсивності та напряму течії приконтактного шару металу.
5. Отримано аналітичні залежності для визначення площі контакту конічного валка із заготовкою, які, на відміну від існуючих, враховують виникнення під час формоутворення пластичної хвилі перед валком. На їх основі удосконалено методику визначення енергосилових параметрів обладнання для технологічного процесу холодного торцевого розкочування конічним валком за закритою схемою деформування на етапі калібрування.
6. Розроблено математичну модель згинання смуги змінної ширини та товщини матрицею та пуансоном, які мають радіуси заокруглень, що співрозмірні із відстанню між ними, яка дозволяє визначати точки дотику смуги до матриці та пуансона, координату перерізу, при якому відбувається перехід смуги із пружно-пластичного напружено-деформованого стану у пружний, рівняння вигнутої осі ділянки смуги, що знаходиться у пружно-пластичному напружено-деформованому стані, та рівняння вигнутої осі ділянки смуги, що не має пластичних деформацій.
7. Розроблено технологічний процес формування внутрішніх та зовнішніх буртів на круглих заготовках. Розробка включає в себе: інструмент, який дозволяє за один прохід виконувати операції відбуртовки та калібрування; розкочувальний пристрій на лоботокарний верстат ЛТ2, в якому конструктивно передбачене підпружинення розкочувальної головки для регулювання максимальних навантажень та усунення ефекту пружинення заготовки після деформування; методику визначення енергосилових параметрів обладнання із врахуванням радіусів заокруглення оправки та розкочувального валка та врахуванням зміни відстані між оправкою та валком внаслідок дії на розкочувальну головку пружин; методику визначення геометричних розмірів заготовок для формування внутрішніх та зовнішніх буртів; співвідношення на базі критеріїв руйнування та гофроутворення для визначення граничних геометричних розмірів виробів.
8. Розроблено рекомендації щодо вибору технологічних параметрів процесу переформування тонких квадратних заготовок у круглі методом холодного торцевого розкочування, який дозволить отримувати суцільні заготовки. Стоншення у центральній частині усувається зменшенням кута конуса інструмента до 20чи зміщенням валка у напрямі плями контакту. Розроблено комбінований технологічний процес виготовлення фланців із квадратних заготовок.
9. На основі тензорно-лінійної моделі накопичення пошкоджень із врахуванням „пам'яті напрямів” визначено граничні можливості комбінованого технологічного процесу, який включає у себе переформування квадратних заготовок у круглі методом холодного торцевого розкочування конічним валком у жорсткій матриці із кутом конуса інструментаіз наступним формуванням зовнішніх буртів ротаційною витяжкою.
10. Для практичного використання результатів дослідження складено алгоритми та відповідні Maple та MathCad програми, які дозволяють прогнозувати як параметри якості виробів, так і визначати енергосилові параметри обладнання для процесів холодного торцевого розкочування та ротаційної витяжки.
11. Результати роботи пройшли промислову апробацію. Процес формування буртів на круглих заготовках ротаційною витяжкою був впроваджений у промислове виробництво для виготовлення тарілок, комірців, ковпаків ректифікаційних і бражних колон для спиртового виробництва. Процеси переформування квадратних заготовок у круглі методом холодного торцевого розкочування також були реалізовані на існуючому обладнанні для виготовлення заготовок під подальшу пластичну обробку.