РОЗВИТОК АНАЛІТИЧНОГО МЕТОДУ РОЗРАХУНКУ РОЗМІРІВ І ФОРМИ ЗАГОТОВОК ДЛЯ ВИТЯГУВАННЯ КОРОБЧАСТИХ ВИРОБІВ

Короткий зміст

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації, сформульовано мету

та  завдання  дослідження,  наукову  новизну,  практичну  значимість,  особистий

внесок здобувача, наведено  відомості про апробацію, публікації, структуру та

обсяг дисертації.

5

У першому розділі наведено огляд літератури, у якому викладено методи і

рекомендації різних авторів щодо розрахунку розмірів заготовки та визначення

форми переходів при виготовленні порожнистих виробів типу прямокутних та

квадратних коробок у плані. Наведена класифікація порожнистих тонкостінних

деталей та місце прямокутних і квадратних коробчастих виробів серед них.

Детально  проаналізовані  найбільш  розповсюджені  методи  визначення

розмірів  та  форми  заготовок,  рекомендованих  для  витягування  коробчастих

деталей  залежно  від  їх  геометричних  параметрів.  Відзначено,  що  розміри  і

форма  заготовки  та  відносна  глибина  коробчастих  виробів  визначають  різні

умови  деформування  на  окремих  ділянках  заготовки  (величину  і  напрямок

пластичної  течії).  Підкреслено,  що  у  більшості  випадків  основними

параметрами  у  розрахунках,  що  визначають  форму  та  розміри  заготовки,  а

також проміжних переходів, обирається відносна глибина коробчастого виробу

H/B,  відносна  довжина  А/B,  відносні  радіуси  кутового  заокруглення  між

стінками коробчастого виробу rк/B та між дном і вертикальними його стінками

rд/B.

Показано,  що  форма  і  розміри  заготовок  для  витягування  коробчастих

деталей  прямокутної  і  квадратної  в  плані  форми  за  різними  рекомендаціями

суттєво відрізняються та являються за своєю суттю лише першим наближенням

до  раціональної  форми  і  розмірів,  що  призводить  до  трудомісткого

доопрацювання  технологічного  процесу  і  штампів  на  практиці.  На  основі

аналітичного огляду сформульовані мета та задачі дослідження.

У другому розділі на основі існуючих  методів  проведено  удосконалення

методу  розрахунку форми та розмірів заготовки для витягування коробчастих

виробів.

Метод розрахунку містить такі основні етапи:

  аналіз  основних  припущень,  покладених  у  методи  розрахунку  форми  і

розмірів  заготовки  для  витягування  коробчастих  виробів  за  допомогою

моделювання процесу витягування течією в’язкої чи ідеальної нестисливої

рідини;

  чисельний експеримент з визначення геометрії еквіпотенціальних ліній, що

можуть  бути  прийняті  у  якості  контуру  заготовки  для  витягування

коробчастих деталей різної глибини;

  комп’ютерне моделювання за допомогою програмного пакету DEFORM-3D

процесу  витягування  деталей  типу  квадратних  і  прямокутних  коробок  із

заготовок, форми і розміри яких визначені методом потенціалу;

  фізичне  моделювання  процесу  витягування  коробчастих  виробів  із

заготовок,  розрахованих  методом  потенціалу  та  відкорегованих  за

результатами комп’ютерного моделювання.

Остаточним  висновком  про  можливість  використання  запропонованого

методу для визначення раціональної форми і розмірів заготовки може служити

натурний експеримент.

Автором  було  розроблено  оригінальний  пристрій  для  реалізації

удосконаленого  методу [9, 10], проведено експерименти, виведені теоретичні

залежності  та  визначені  еквіпотенціальні  лінії,  починаючи  з  однієї  точки  на

6

контурі. Відповідно із викладеною методикою була встановлена ефективність

удосконаленого  чисельного  методу  розрахунку  процесів  витягування

коробчастих виробів.

Третій  розділ  присвячений  обґрунтуванню  удосконаленого  методу

розрахунку  розмірів  заготовки,  а  також  визначення  її  форми  і  проміжних

переходів  при  витягуванні  прямокутних  і  квадратних  коробчастих  виробів.

Вагомий  внесок  у  розвиток  методів  розрахунку  розмірів  заготовок  та

проміжних  переходів  при  витягуванні  коробчастих  виробів  внесли

Аверкієв А.Ю.,  Романовський В.П.,  Звороно  Б.П.,  Валієв  С.А.,  Касіков  П.І.,

Скворцов  Г.Д.,  Вайнтрауб  Д.А.,  Горбунов  М.Н.,  Катков  В.Ф.,  Попов  О.Ф.,

Зубцов  Е.М.,  Малов  А.Н.,  Стеблюк  В.І.  а  також  закордонні  науковці

Е. Качмарек, Вальтер Селлін.

Витягування  порожнистих  виробів,  зокрема  квадратних  і  прямокутних

коробок,  із  листового  металу  характеризується  значними  пластичними

деформаціями і переміщеннями (пружно-пластичною течією металу у повному

розумінні  цього  терміну).  Процес  ускладнюється  значною  нерівномірністю

НДС,  наявністю  співмірних  жорстких  та  жорстко-пластичних  зон,  його

нестаціонарністю.

Тому наразі описати процес формоутворення аналітичними методами не

представляється  можливим.  З  цієї  ж  причини  єдиного  методу  визначення

раціональної  форми  і  розмірів  заготовки  та  переходів  не  існує  (під

раціональними  розмірами  і  формою  заготовок  надалі  будемо  розуміти  такі

заготовки, при витягуванні з яких має місце мінімальна різниця висоти  стінок

за периметром  або  мінімальна різниця по ширині  фланця), а характер НДС  в

осередку деформації носить вірогідний характер.

Оскільки розміри і форма заготовки визначають умови початку пружно-пластичної  течії,  то  брак  інформації  про  них  не  дозволяє  у  повній  мірі

використати  потенційні  можливості  сучасних  комп’ютерних  методів

моделювання для розрахунку процесу витягування деталей зазначеного типу.

Для  одержання  необхідної  початкової  інформації  при  аналізі  великих

пластичних  деформацій  і  переміщень,  зокрема  у  процесах  обробки  металів

тиском  (ОМТ),  часто  використовують  моделювання  за  допомогою  течії

нестисливої  ідеальної  (чи  в’язкої)  рідини  або  так  званим  гідродинамічним

моделюванням.

Слід відзначити, що гідродинамічне моделювання або, як затвердилося у

відповідній інженерній літературі, метод ГДА, застосовувалось  у дослідженні

процесів  ОМТ  навіть  до  того,  як  у  механіці  суцільного  середовища

відокремилась теорія пластичності як самостійний напрямок, прикладом чого

можуть служити роботи І.В. Мещерського з теорії прокатки.

Теоретичні  основи  методу  ГДА  в  аналізі  задач  пластичної  течії

розвивались в роботах Іллюшина А.А. та Огібалова П.М.. ГДА розглядалась

ними  як  перше  наближення  розв’язку  задач  пластичної  течії  із  схожими

граничними умовами. 

В  подальшому  гідродинамічна  модель  суцільного  середовища  широко

використовувалась  для  визначення  напружено-деформованого  стану  при

7

обробці металів тиском під керівництвом Тарновського  І.Я. Значний внесок у

розвиток  методу  ГДА  зробили  Колмогоров  В.Л.,  Гун  Г.Я.,  Зверєв  М.І.,

Жарков В.А.

В  основі  методу  ГДА  та  його  застосування  для  вивчення  напружено-деформованого  стану  процесів  ОМТ  лежить  формальна  схожість  залежності

між девіаторами напружень і швидкостей деформацій течії в’язкої рідини та

девіаторами напружень і швидкостей деформацій при пластичній течії металу

,2   dDGD

  (1)

,2   DD

  (2)

де

G 

 – коефіцієнт для пластичної течії є функцією інтенсивності напружень

i

та  інтенсивності  приросту  деформацій

id 

,  (або  інтенсивностей  швидкостей

деформацій:

i

i

d

G







3

1

,

G 

  –  коефіцієнт при пластичній течії металу –  січний

модуль  зсуву)  залежить  від  накопиченої  пластичної  деформації,  але  не

залежить від поточної швидкості деформації. Для лінійно-в’язкого середовища

коефіцієнт



  залежить  від  поточної  швидкості  деформації  і  не  залежить  від

накопиченої непружної деформації.

При строгій постановці задач теорії пластичної течії в наближенні лінійно-в’язкого нестисненого середовища розв’язок диференціальних рівнянь потребує

інтегрування рівняння Нав’є-Стокса при умові нестисливості: