Обоснование режимов операций обжима и раздачи трубчатых заготовок электромагнитной штамповкой тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.09, кандидат наук Лай Данг Занг

• Лай Данг Занг
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Лай Данг Занг

ОГЛАВЛЕНИЕ

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕОРИИ И ТЕХНОЛОГИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ШТАМПОВКИ

1.1. Общие сведения об электромагнитной штамповке материалов

1.2. Изменения пластических свойств металлов и сплавов при электромагнитной штамповке

1.3 Определение основных параметров процесса электромагнитной штамповки

1.4. Исследование процессов с помощью МАТЬАВ/81М1ЛЛ№С

1.5. Основные выводы по разделу

1.6. Цель и задачи исследования

2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СИСТЕМЫ «ИНСТРУМЕНТ-ЗАГОТОВКА» ДЛЯ ОПЕРАЦИЙ ОБЖИМА И РАЗДАЧИ

2.1. Математическое моделирование процессов, происходящих при

электромагнитной штамповке

2.1.1. Методические основы математического моделирования

2.1.2. Связь между напряжениями и деформациями при электромагнитной штамповке

2.1.3. Математическая реализация упругопластических переходов

2.1.4. Применение интерполяции сплайном для реализации упругопластических переходов

2.2. Определение работы деформации заготовок при электромагнитной

штамповке

2.3. Определение параметров системы «индуктор-заготовка»

2.3.1. Определение индуктивных параметров системы

«индуктор - заготовка»

2.3.2. Активное сопротивление индуктора и заготовки

2.3.3. Взаимная индуктивность индуктора и заготовки

2.4. Основные результаты и выводы

3. РАЗРАБОТКА ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ СИСТЕМЫ «ОБОРУДОВАНИЕ-ИНСТРУМЕНТ-ЗАГОТОВКА»

3.1. Основные положения

3.2. Математическое моделирование операций обжима и раздачи трубчатой заготовки

3.2.1. Допущения при моделировании

3.2.2. Основные математические зависимости

3.2.3. Методы формирования математической модели

3.3. Применение машинного эксперимента для получения математических

моделей операций электромагнитной штамповки

3.3.1. Основные положения теории планирования эксперимента

3.3.2. Оценка параметров модели

3.4.Сравнение теоретических и экспериментальных данных

3.5. Основные результаты и выводы

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ «ОБОРУДОВАНИЕ-ИНСТРУМЕНТ-ЗАГОТОВКА» ПО ЭНЕРГИИ ЗАРЯДКИ УСТАНОВКИ ДЛЯ ПРОЦЕССА ФОРМОИЗМЕНЕНИЯ ЗАГОТОВКИ

4.1. Исследование типовых операций электромагнитной штамповки

4.2. Входные факторы процесса электромагнитной штамповки

4.3. Выходные параметры процесса электромагнитной штамповки

4.4. Реализация факторного эксперимента

4.4. Реализация факторного эксперимента

4.5. Анализ результатов моделирования технологических операций электромагнитной штамповки

4.5.1. Алюминиевый сплав АМг2М

4.5.2. Латунь Л63

4.5.3. Материал заготовки - сталь 08кп

4.6 Алгоритм проектирования технологии и оборудования операций

электромагнитной штамповки

4.7. Пути повышения эффективности операции раздачи и обжима трубчатых заготовок

4.7.1. Исследование различных режимов работы магнитно-импульсной установки и индукторной системы

4.7.2. Управление формой импульса давления

4.8. Основные результаты и выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

ПРИЛОЖЕНИЕ 4

/

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование режимов операций обжима и раздачи трубчатых заготовок электромагнитной штамповкой»

ВВЕДЕНИЕ

К числу перспективных методов, внедрение которых может значительно усовершенствовать технологию обработки металлов, относится магнитно-импульсная обработка, которая является новым методом пластического формоизменения металлов с использованием импульсного магнитного поля.

Электромагнитная штамповка (ЭМШ) является одним из методов пластического формоизменения металлов с использованием импульсного магнитного поля. Принцип действия электромагнитных установок основан на использовании электродинамических сил, возникающих в результате взаимодействия магнитного поля разрядного тока через катушку (индуктор) с полем наведенного тока в заготовке, помещенной в рабочую зону катушки. Давление, деформирующее металлическую заготовку, создается непосредственным воздействием магнитного поля без участия промежуточных твердых, жидких или газообразных тел.

Разработка научно обоснованных путей и способов создания ресурсосберегающих технологий включает в себя большой круг теоретических, экспериментальных, технологических и программных задач.

В настоящее время внедрение достижений науки в производство затруднено в связи с недостатком инвестиций жесткими требованиями и нестабильностью товарного рынка, поэтому особенно актуальной становится задача создания методов комплексного проектирования ресурсосберегающих технологий и оборудования, обеспечивающих минимальную энергоемкость операций.

В значительной степени решению этих задач способствует внедрение в промышленность прогрессивных технологий электромагнитной штамповки, отличающихся компактностью и мобильностью оборудования, простотой и низкой стоимостью оснастки, высоким качеством получаемых изделий. Современные установки для электромагнитной обработки металлов легко встраиваются в автоматизированные линии, могут использоваться для выполнения разнообразных операций формовки, калибровки и сборки как в условиях мелкосерийного, так и крупносерийного производств. Результаты исследований показывают, что в операциях электромагнитной штамповки можно получить большую предельную сте-

пень формоизменения.

В математическом плане магнитно-импульсные процессы динамического формоизменения описываются динамическими уравнениями термоупругопла-стичности и электродинамики. При этом существенно, что «термомеханическая» и «электромагнитная» группы уравнений оказываются взаимосвязанными. Лишь в последнее время благодаря развитию численных методов и созданию мощных ЭВМ появилась возможность адекватного моделирования указанных нелинейных процессов. Однако решение задач ЭМШ требует развития эффективных прикладных теорий, численных методов их реализации и выбора рациональных параметров технологических операций. Необходимо изучение деформационных и прочностных свойств материалов в новых специфических условиях, развития экспериментальной техники, создание более полных и точных математических моделей процессов пластического формоизменения.

В то же время широкое внедрение процессов ЭМШ сдерживается недостаточной стойкостью инструмента, применяемой оснастки и элементов высокоэнергетического оборудования, что вызвано их работой в условиях, далеких от рациональных. Это приводит к большим объемам экспериментальных и доводочных работ по корректировке технологии штамповки на этапе серийного производства.

Повышение технологичности операций ЭМШ позволяет не только экономить энергоресурсы, но и увеличить стойкость элементов оборудования и оснастки, что свидетельствует об актуальности разработок в области создания научно обоснованных методов проектирования технологий и оборудования, обеспечивающих минимальную энергии зарядки установки для операций ЭМШ.

Цель работы.

Создание и реализация новых технологических режимов и оснастки для электромагнитной штамповки трубчатых заготовок, обеспечивающих снижение энергии зарядки установки для операций обжима и раздачи трубчатых заготовок.

Автор защищает.

- зависимости для определения энергетических, силовых и кинематических параметров операций обжима и раздачи ЭМШ;

- «установка-индуктор-заготовка» для операций обжима и раздачи трубчатых заготовок» с учетом режимов работы, параметров и геометрии индуктора и заготовки в операциях ЭМШ;

- результаты исследований процессов ЭМШ и внедрения разработанных методов и алгоритмов расчета - в практику проектирования и учебный процесс.

Научная новизна.

Выявлены взаимосвязи энергетических, силовых и кинематических параметров операций ЭМШ для заготовок из различных материалов с учетом режимов работы, параметров и геометрии индуктора и заготовки, снижающих энергию зарядки магнитно-импульсной установки.

Объект исследования: технологические операции обжима и раздачи трубчатых заготовок электромагнитной штамповкой.

Предмет исследования: закономерности деформирования различных материалов магнитно-импульсным воздействием и режимы обработки.

Методы исследования: теоретические исследования операций электромагнитной штамповки выполнены на основе положений механики твердого тела и теории пластических деформаций металлов, уравнений математической физики и теории электрических цепей. Математическое моделирование процессов проводилось с использованием теории планирования эксперимента, нелинейного программирования, численных методов и численного интегрирования систем дифференциальных уравнений с применением пакета прикладных программ МАТЬАВ^тиНпк.

Практическая значимость. На основе выполненных теоретических и экспериментальных исследований разработаны:

- рекомендации для обеспечения рациональных режимов работы в операциях электромагнитной штамповки трубчатых заготовок и совершенствования существующих индукторных систем и оборудования ЭМШ;

- алгоритм проектирования и выбора рациональных параметров магнитно-импульсной установки и индуктора для операций обжима и раздачи трубчатых заготовок из различных материалов при ЭМШ.

Реализация результатов работы.

Отдельные результаты диссертационной работы использованы в научно-исследовательской работе студентов, при выполнении курсовых проектов и выпускных квалификационных работ, в лекционных курсах «Новые технологические процессы и оборудование ОМД», «Компьютерное моделирование технологических процессов» для студентов, обучающихся по направлению подготовки 150700 «Машиностроение», профилю «Машины и технология обработки металлов давлением».

Апробация работы.

Результаты исследований доложены на следующих конференциях: Международная научно-техническая конференция «Автоматизация: проблемы, идеи, решения» (АПИР-16, АПИР-17, ТулГУ, 2011-2012 г.г.); 77-я Международная научно-техническая конференция ААИ «Автомобиле- и тракторостроение в России: приоритеты развития и подготовка кадров» - МГТУ «МАМИ» - 2012; на ежегодных НТК ППС ТулГУ в 2011-2013 гг.

Публикации.

По результатам исследований опубликовано 6 печатных работ, в том числе 3 работы в изданиях, входящих в Перечень рецензируемых научных журналов ВАК.

Диссертационная работа состоит из введения, 4 разделов, заключения и общих выводов по работе, списка литературы из _96_ наименований, 4 приложений и содержит 102 страницы машинописного текста, 45_ рисунков, 12_ таблиц. Общий объем работы _132_ страницы.

Автор выражает благодарность научному руководителю д-ру техн. наук, проф. Н.Е. Проскурякову за оказанную помощь при выполнении работы, критические замечания и рекомендации.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕОРИИ И ТЕХНОЛОГИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ШТАМПОВКИ.

Электромагнитная штамповка характеризуется тем, что давление на деформируемую металлическую заготовку создается непосредственно воздействием импульсного магнитного поля без участия промежуточных твердых, жидких или газообразных сред.

Еще в 1927 г. академиком J1. Капицей была предсказана возможность использования силовых импульсных магнитных полей в технологических операциях по обработке металла.

Это технологическое направление появилось в конце 50-х годов прошлого столетия и сразу же нашло применение в самолето- и ракетостроении, а впоследствии и в автомобильной промышленности. В настоящее время оно используется в различных отраслях промышленности вплоть до пищевой. В последнее время начинает использоваться в области медицины и боевой технике.

Первая промышленная магнитно-импульсная установка (МИУ) типа «Magneform», предназначенная для обработки тонкостенных труб импульсным магнитным полем, была изготовлена в США фирмой «General Dynamics» в 1962 г. Энергии зарядки установки составляла 6.25 кДж, производительность - 10 импульсов в минуту. В 1963-1966 гг. на базе этой установки в США создается гамма МИУ с запасаемой энергией от 12 до 84 кДж для различных технологических операций обработки металлов давлением. Наряду с США, начиная с 1963-1966 гг. вопросами ЭМШ и созданием оборудования для нее начали заниматься в других странах. Начиная с 1963 года разработкой и применением МИУ, проведением теоретических и экспериментальных исследований в Англии занимаются ученые фирмы «Wickman Machine Tools Sales», в ФРГ - фирма «Brown Boveri» и Institut für Werkzeugmaschine und Umformtechnik der Tecnischen Hochschule Hannover.

Большое количество обзорных сообщений по применению МИУ для деформирования металлов появилось в периодической печати Японии, Франции за период 1964-1968 гг. О большой работе, проводимой в этих странах, свидетельствуют многочисленные патенты на новые типы установок и их элементы. С 1964 г.

работы по созданию МИУ и исследования процесса деформирования металлов с помощью импульсных магнитных полей ведутся в Польше, Чехословакии, ГДР.

Начиная с 1960 года, в нашей стране проводятся работы по созданию экспериментальных и опытно-конструкторских образцов МИУ. Широкие технологические возможности метода, экономическая эффективность, относительная простота осуществления привлекли в первую очередь к этому вопросу специалистов, занимающихся техникой сильных импульсных токов и сильных магнитных полей, теорией и практикой индукционных электрических и электромеханических процессов, теорией и практикой высокоскоростного деформирования металлов. Первостепенную роль в создании отечественных МИУ и во внедрении метода в промышленность сыграли разработки Харьковского политехнического института им. В.И. Ленина (ХПИ), Ленинградского политехнического института им. М.И. Калинина, Московского энергетического института, ЭНИКМАШ, Тульского НИТИ и других организаций.

В ЭНИКМАШе, начиная с 1962 г., были созданы и выпускались серийно установки с энергией зарядки 10...80 кДж и производительностью 120...360 операций/ч.

Наряду с указанными целый ряд организаций страны в различное время создали для своих целей МИУ с энергией зарядки 3.5...200 кДж с рабочим напряжением 5...50 кВ. Установки, разработанные Самарским авиационным институтом, Омским политехническим институтом, Институтом атомной энергии имени И.В. Курчатова, ВПТИЭлектро (г. С.-Петербург), Чувашской государственной академией (г. Чебоксары) и другими организациями, хорошо зарекомендовали себя в опытном и мелкосерийном производствах.

На предприятии ОАО ТНИТИ (г. Тула) впервые в нашей стране разработаны, изготовлены и внедрены в серийное производство автоматизированные магнитно-импульсные установки серии МИУ-Т. Установки изготовлены из комплектующих, выпускаемых нашей промышленностью серийно, и могут легко встраиваться в механизированные и автоматизированные линии.

Технологические операции магнитно-импульсной обработки трубчатых за-

готовок выполняются по двум основным схемам: обжим и раздача.

При обжиме обрабатываемую трубчатую заготовку помещают внутри спирального индуктора соленоидного типа, а при раздаче индуктор находится внутри заготовки.

Формообразующие операции осуществляют на оправках соответствующей формы. Формовкой на оправках можно обжимать трубы с одновременным нанесением внутренней резьбы, получением зигов, фасонных поверхностей и пробивкой отверстий. Часто одновременно с формовкой производят калибровку заготовки по оправке.

Сборочные операции, в основе которых лежит обжим, осуществляются непосредственно на деталях. Процесс соединения металлических деталей применяется при стыковке труб, сборке ряда соединений, для получения герметичных соединений, при запрессовке колец в тело поршня, сборке наконечников с тросами и канатами и др.

Для обработки трубчатых заготовок по схеме «раздача» индуктор вставляют в заготовку, а саму заготовку - внутрь разъемной матрицы из металла или пластика. По этой схеме производят отбортовку, получают кольцевые и продольные рифты и зиги, осуществляют вырубку, чеканку рисунка и др. Сборочные операции по схеме «раздача» не требуют применения специального устройства и инструмента, так как обычно производится сборка двух трубчатых деталей сращиванием труб, запрессовка труб во втулки, корпуса или диски. Применение ЭМШ для сборочных операций значительно снижает трудоемкость сборки, позволяет отказаться от применения резьбы, склеивания, закатки и т.д. Минимальный диаметр труб, для которых возможна операция раздачи с помощью индуктора, составляет 30-40 мм.

В значительной мере основы теории, технологии и оборудования импульсных методов штамповки базируются на результатах работ отечественных и зарубежных школ, к которым принадлежат такие учёные, как О.Д. Антоненков, A.M. Балтаханов, И.В. Белый, Ш.У. Галиев, В.А. Глущенков, С.Ф. Головащенко, В.А. Демин, A.A. Есин, Е.Г. Иванов, В.Н. Кислоокий, С.М. Колесников, A.B. Коло-

дяжный, А.Д. Комаров, В.Д. Кухарь, В.Я. Мазуровский, B.C. Мамутов, В.М. Михайлов, Е.А. Попов, Ю.А. Попов, Н.Е. Проскуряков, В.Н. Самохвалов, А.К. Талалаев, JI.T. Хименко, В.Н. Чачин, Г.А. Шнеерсон, Б.А. Щеглов, В.Б. Юдаев, С.П. Яковлев, Н. Dietz, Н.Р. Furth, J. Jablonski, Н. Lippman, R.H. Post, H.P. Waniek, R. Winkler и др.

Исторически сложилось, что разработка математических моделей ЭМШ шла по двум направлениям:

1) достаточно полное описание электродинамических процессов без учета движения заготовки и индуктора;

2) решение задач механики ЭМШ с использованием экспериментально установленных сил, действующих на индуктор и заготовку.

1.1. Общие сведения об электромагнитной штамповке материалов

Сущность метода заключается в том, что при быстром разряде батареи конденсаторов на индуктор с заготовкой вокруг индуктора создается переменное магнитное поле, вызывающее электрический ток в заготовке.

Взаимодействие сильных импульсных электромагнитных полей с металлической заготовкой используется в основном для импульсного пластического деформирования металлов и сплавов на основе непосредственного преобразования электрической энергии в механическую работу [3].

Устройства, предназначенные для обработки заготовок импульсными электромагнитными силами, названы магнитно-импульсными установками (МИУ). Принципиально МИУ (рис. 1.1) состоит из зарядного устройства 1, накопителя энергии 2, разрядника 3, индуктора 4, пульта управления 5, защитного устройства и блокировок (на схеме не показаны) [62, 63].

Зарядное устройство 1 состоит из повышающего трансформатора 6, высоковольтного выпрямителя 7 и предназначено для зарядки накопителя энергии 2 до необходимого напряжения. Накопителями энергии 2 являются высоковольтные конденсаторы. Разрядник 3 служит для замыкания цепи между накопителем энергии 2 и индуктором 4. Индуктор 4 - инструмент, передающий энергию от накопи-

теля 2 к деформируемой заготовке 8. Блок управления 5 служит для управления процессом зарядки накопителя энергии 2 и для разрядки накопленной энергии в систему «индуктор-заготовка».

д р

А ) «г V * 1 1 \ \ \ кр

V Л

V у {

Рис 1.2. Характер изменения электрического тока и давления ЭМШ Работает МИУ следующим образом. С пульта управления 5 включается ключом 9 зарядка накопителя энергии 2. После зарядки накопителя энергии до заданного напряжения он отключается ключом 9 от зарядного устройства 1. С включением разрядника 3 накопитель энергии 2 начинает разряжаться на индуктор 4. Происходит деформирование заготовки 8.

Как показывает опыт внедрения, ЭМШ по сравнению с другими методами обработки металлов давлением имеет следующие преимущества [3, 19]:

1. Высокая производительность технологического процесса. Магнитно- импульсная установка может быть создана с производительностью 3600 операций в час и более.

2. Возможность механизации и автоматизации технологического процесса. Установкой можно управлять на расстоянии.

3. Высокая точность дозировки энергии (до 1 %) и стабильность результатов.

4. Большая технологическая гибкость процесса. Одним и тем же индуктором можно изготовить детали различных типоразмеров.

5. Простота технологической оснастки. Необходима только одна матрица или оправка.

6. Отсутствие механического воздействия инструмента на заготовку. Поэтому возможна обработка полированных заготовок с покрытиями, заготовок, расположенных в герметичной оболочке из непроводящего материала, в вакууме или среде инертных газов.

7. Возможность создания больших давлений. Получают давление до

10ЪНI м2 без разрушения индуктора и до 109#/л/2при использовании одноразовых индукторов.

8. Простота создания концентрации давления на отдельных участках заготовки и получения необходимой эпюры давления.

9. Возможность совмещения различных операций (формовка и вырубка, от-бортовка и вырубка и т.д.)

10. Увеличивается пластичность, и улучшаются характеристики обрабатываемого материала. Большинство алюминиевых и медных сплавов повышает пластические свойства по сравнению со статическим деформированием. Структура сплавов в случае одной и той же степени деформации при ЭМШ имеет меньше искажений, чем при статическим деформировании.

11. Хорошая культура производства и простота обслуживания оборудования ЭМШ. Современные магнитно-импульсные установки (МИУ) работают бесшумно, нет агрессивной среды, инструмент и узлы МИУ не нуждаются в смазке.

К недостаткам ЭМШ можно отнести:

1. Не все металлы и сплавы могут деформироваться с помощью магнитно-импульсных сил. Материалы с низкой электропроводностью обрабатываются с

помощью спутников.

2. Наименьший диаметр обрабатываемой заготовки - 25...30 мм, а наибольший диаметр - до 2 м, причем последнее ограничение вызвано не пределом физических возможностей метода, а экономической целесообразностью обрабатывать крупногабаритные заготовки взрывом. Толщина стенки обрабатываемой заготовки до 10 мм. Наибольшая площадь обрабатываемой листовой заготовки достигает

1 м1.

3. Не всякая форма обрабатываемой заготовки пригодна для формообразования с помощью ЭМШ, т.к. для индуцирования тока в заготовке следует соблюдать определенные условия.

4. Трудно получить детали с глубокой вытяжкой обрабатываемого материала. Для получения глубоких вытяжек необходимо последовательно деформировать заготовку разными индукторами, причем каждая последующая операция должна выполняться индуктором, форма которого повторяет форму заготовки.

5. Низкая стойкость индукторов при обработке высокопрочных стальных заготовок.

Преимущества метода ЭМШ привлекли внимание специалистов во всех промышленно развитых странах, и примерно с 1960 года начались исследования, создание установок и внедрение в производство. Начав с авиа- и ракетостроения, этот метод нашел применение в приборостроении, судостроении, автомобильной, атомной, ювелирной и других отраслях [19].

Все технологические операции ЭМШ осуществляются по трем основным схемам, различающимся взаимным положением индуктора и заготовки: раздача, обжим, плоская штамповка (табл. 1.1-1.3). В классификациях [19] приводятся технологические операции, выполняемые на цилиндрических и конических трубчатых заготовках и плоских тонкостенных листовых заготовках. Однако технологические возможности ЭМШ намного шире, мало изучены вопросы обработки заготовок, являющихся оболочками вращения, овальных заготовок, неплоских листовых заготовки т.д.

Таблица 1.1

Основные технологические операции, выполняемые по схеме «раздача»

Разделительные операции_

Формовочные операции

Совмещенные операции

Сборочные операции

//

N ЯЕ®

>

л»

г/

т

Р1 гтт пхдде

22.

3

Л

«3

ЛТ

——*—

23

/V

г-*

Л?

В

Таблиц 1.2

Основные технологические операции, выполняемые по схеме «обжим»

о

Таблица 1.3

Основные технологические операции, выполняемые по схеме плоской штамповки

Раздел нтельные операции

Формовочные операции

Совмещенные операции

Сборочные операции

Ч22Т

%

<6

¡ш

2/

в-

А?

,?1

Ж.

¥

г

/ЯЕ'

К основным технологическим операциям относятся формоизменяющие, разделительные, сварные, сборочные операции. Для выполнения формоизменяющих операций при раздаче используются разъемные матрицы, и обычно разъем осуществляется по образующей.

Возможна формовка с незначительным искажением прямолинейной образующей или чаще встречаются операции со значительным изменением формы образующей. При выполнении формоизменяющих операций при обжиме возможна потеря устойчивости стенки заготовки, и поэтому необходимо проверять выполнение условий устойчивости. Плоским индуктором производится отбортовка по внутреннему и наружному контурам, зиговка, пуклевка, изготавливаются мембраны манометрических приборов.

Разделительные операции представлены просечкой пазов, поперечной и продольной отрезкой труб, пробивкой различных отверстий. Широкое распространение получило изготовление разного рода прокладок из картона и паронита с использованием «спутников».

Сборочные операции осуществляются запрессовкой или напрессовкой трубы-заготовки в толстостенное основание или в тонкостенную трубу [3, 19, 62, 63]. Для повышения прочности и герметичности соединения предусматриваются поперечные и продольные канавки, рифты, пуклевки, развальцовка конца трубы. Преимущества ЭМШ доказаны при сборке металлических деталей с неметаллическими хрупкими основаниями (стекло, фарфор, керамика). По схеме «обжим» производится сборка радиотехнических деталей (резисторы, реле, конденсаторы и т.д.), закрепка драгоценных камней в касты. Соединение рукавов высокого давления с концевой арматурой более прочно и надежно, чем выполненные традиционным методом

Хорошие механические и электрические характеристики получаются при сборке кабельных наконечников с электропроводами. Можно получить прочность соединения тяги управления летательного аппарата с наконечником большую, чем прочность самой тяги. Возможно получение подвижных шарнирных соединений.

Сборка двух оболочек с продольным оребрением методом ЭМШ значительно повышает производительность труда и качество сборки. Для повышения натяга возможно сочетание нагрева с напрессовкой ЭМШ.

Магнитно-импульсные молоты используются для получения прочных заклепочных соединений.

При ЭМШ возможно совмещение разделительных, формовочных и сборочных операций.

Опыт внедрения показывает, что наиболее перспективно применение МИОМ при обработке тонкостенных трубчатых и листовых заготовок и сборочных операций на трубчатых деталях. Эти технологические операции другими методами выполняются сложно и трудоемко, а методом ЭМШ - довольно просто и с меньшими затратами.

Электромагнитная штамповка материалов представляет собой сложный электромагнитно-механический процесс, в котором одновременно и быстротечно (до 50...200 мкс) протекают и взаимодействуют между собой электрические, магнитные и механические нестационарные процессы [3, 19].

В результате импульсного взаимодействия токов в индукторе и заготовке возникают кратковременные, быстропеременные силы, деформирующие заготовку с большой переменной скоростью и ускорением, что приводит к появлению значительных инерционных сил. Переменное электромагнитное поле, большие токи, нагрев, высокая переменная скорость изменяют механические и физические характеристики материала заготовки. Быстродвижущаяся заготовка пересекает переменные магнитные силовые линии, что вызывает возникновение дополнительных токов в ней и дополнительной силы. Эта дополнительная сила не учитывается при расчете и проектировании технологических процессов изготовления деталей, что в некоторых случаях может привести к погрешностям вычислений. При расчете процессов ЭМШ необходимо выполнение совместного решения электромагнитных и механических уравнений. Попытки расчета на базе только электрической или механической теории приводят к режимам, далеким от рациональных, и зачастую к невозможности реализации процесса [19, 62].

Для моделирования процессов ЭМШ в первую очередь необходимы диаграммы деформирования материалов, которые получены экспериментальным путем в естественных условиях. Существующие методы динамических испытаний не применимы для изучения свойств материалов в условиях ЭМШ. Без точных диаграмм деформирования обрабатываемых материалов невозможна оценка точности математических моделей процессов МИОМ, поэтому необходимо изучение поведения материалов в условиях ЭМШ и усовершенствования оборудования и аппаратуры их испытания.

1.2. Изменения пластических свойств металлов и сплавов при электромагнитной штамповке.

Вследствие динамичности электромагнитного процесса разряда конденсаторной батареи МИУ весь процесс деформирования заготовки, как правило, совершается за несколько десятков микросекунд. При этом скорость деформации

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Лай Данг Занг, 2013 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Машиностроение, 1976.280 с.

2. Балтаханов A.M. Исследование и расчет распределения электромагнитного поля в индукционно-динамических системах: автореф. дис ...канд. техн. наук. М.: МАИ, 1981. 18 с.

3. Белый И.В., Фертик. С. М., Хименко. JI. Т. Справочник по магнитно-импульсной обработке металлов. - Харьков: Вища школа, 1977.168 с.

4. Белый И. В., Горкин. JL Д., Хименко. JI. Т. Энергетическое оборудование для магнитно-импульсной обработки металлов// Кузнечно-штамповочное производство. 1984. №7. - С. 22-23.

5. Белый И.В., Остроумов Г.В., Фертик С.М. Давление на тонкостенную заготовку при обработке ее импульсным магнитным полем // Вестник ХПИ. 1971, №5.-С. 3-15.

6. Беляева И.Е. Раздача труб на отечественных магнитно-импульсных установках // Технология производства, научная организация труда и управление / М.: НИИМАШ. 1971. Вып. 5. - С. 13-18

7. Бернштейн МЛ., Пустовойт В.Н. Термическая обработка стальных изделий в магнитном поле. М.: Машиностроение, 1987. 256 с

8. Боярская Р.В., Полушин А.Г. Приближенный способ определения нагрузки при высокоскоростной калибровке оболочек в матрицу // Известия вузов. Машиностроение. 1984. № 11. - С. 107-112.

9. Брон О. Б., Епечурин. В. П. Распределение давлений в деталий при магнитно-импульсной обработке // Кузнечно-штамповочное производство. 1968. №5. С. 26-29

10. Власов A.B. Математическое обеспечение динамических расчетов средств автоматизации кузнечно-штамповочного оборудования // Вестник МГТУ. Сер. Машиностроение. 1996.№ 3. С. 63-70.

11. Глущенков В. А. Магнитно-импульсная обработка металлов // Кузнечно-штамповочное производство. 1984. №7, С. 2-3.

12. Глущенков В.А. Применение импульсных магнитных полей в технологии листовой штамповки // Кузнечно-штамповочное производство. 1985. №8. С 18-21.

13. Глущенков В. А., Стукалов С. А. Особенности магнитно-импульсной штамповки тонкостенных трубчатых деталей сложной формы // Кузнечно-штамповочное производство. 1985. №12. С. 2-4

14. Горкин JI. Д., Хименко JI. Т. Экспериментальные иследования процесса магнитно-импульсной обработки металлов // Кузнечно-штамповочное производство. 1984. №7. С. 4-6

15. Гофрирование труб большого диаметра магнитно-импульсным способом / Ю.А. Барсук, А.И. Квитлицкий, О.Т. Лагутин [и др] // Обработка металлов давлением в машиностроении / Харьков: ХПИ. 1974. Вып. 10. С. 45-51.

16. Дьяконов. В. П., MATLAB 6.5 SP1/7 + Simulink 5/6 в математике и моделиро-

17.

18.

19.

20.

21.

22,

23,

24,

25.

26,

27,

28,

29,

30

31

32,

33

вании. Москва. 2005. 576с

Ендин Н.А., Иванов Е.Г. Соединение труб с наконечниками магнитно-импульсными методами // Импульсное нагружение конструкций. Чебоксары: ЧувГУ. 1970. Вып. 1. С. 27-36.

Иванов Е.Г. Выбор режимов магнитно-импульсной обработки трубчатых заготовок // Вопросы теории и практики магнитно-импульсной обработки. Самара: САИ. 1991. С. 11-14.

Иванов Е.Г. Основы теории и расчета процессов формообразования деталей и узлов из трубчатых заготовок магнитно-импульсным методом: Дисс ... д-ра. техн. наук. Тула: ТулПИ, 1986. 468 с.

Иванов Е.Г. Раздача конической заготовки импульсным магнитным полем // Импульсное нагружение конструкций. Чебоксары .1972. Вып. 30. С. 13-18. Иванов Е.Г. Расчет режима магнитно-импульсной обработки трубчатых заготовок//Кузнечно-штамповочное производство. 1984. № 7. С. 17-20. Иванов Е.Г., Попов Ю.А. Давление импульсного магнитного поля на трубчатую заготовку // Авиационная промышленность. 1980. № 10. С. 31 -32. Ищенко Ж.Н., Позднеев В.А., Скрипниченко А.Л. Расчет активной стадии процесса импульсной запрессовки труб // Известия АН БССР. Серия физико-технических наук. 1982. №1. С. 62-69.

Калантаров П.Л., Цейтлин Л.А. Расчет индуктивностей: справочная книга.

3-е изд., перераб. и доп. Л.: Энергоатомиздат, 1986. 488 с.

Карасик В.Р. Физика и техника сильных магнитных полей. М.: Наука, 1964.

382 с.

Карпов В.В., Назаров Н.С., Роман О.В. Деформирование трубчатых заготовок энергией импульсного магнитного поля // Пластичность и обработка металлов давлением. Минск: Наука и техника, 1974. С. 208-212. Кацев П.Г. Статистические методы исследования режущего инструмента М: Машиностроение, 1974. 240 с.

Кнопфель Г. Сверхсильные импульсные магнитные поля. М.: Мир, 1972.

383 с.

Князев В.П., Шнеерсон Г.А. Магнитное поле соленоида сложной формы с соосным цилиндром // Известия вузов. Энергетика. 1971. № 4. С. 33-39. Колесников. С. М., Кострик. В. К., Хаустов. Е. В., Методика инженерного расчета режимов некоторых формоизменяющих операций электромагнитной штамповки // Кузнечно-штамповочное производство. 1984. №7. С. 3-4 Колесниченко. Н. Н. Прогнозирование устойчивости тонкостенных труб при обжиме импульсным магнитным полем // Кузнечно-штамповочное производство. 1984. №7. С. 15-16

Колесников С.М., Головащенко С.Ф. Влияние формы нагрузок на формоизменение заготовок при динамическом нагружении // Известия вузов. Машиностроение. 1987. №2. С. 119-124.

Конотоп В.В., Хименко Л.Т., Горкин Л.Д. Энергетическое и технологическое оборудование для магнитно-импульсной обработки металлов // Вопросы теории и практики магнитно-импульсной обработки. Самара: САИ, 1991. С. 24-25.

34. Курьянов Ю.П., Пузырьков Н.М., Глущенков В.А. Формообразование крупногабаритных оболочек оживальной формы энергией ИМП // Исследования в области пластичности и обработки металлов давлением. Тула: ТулПИ, 1987. С. 25-31.

35. Кухарь В. Д., Селедкин Е.М., Зырин A.A. Исследование магнитно-импульсного формообразования продольно оребренных трубных заготовок методом конечных элементов // Машины и процессы обработки материалов давлением. Тула, 1988. С. 95-100.

36. Кухарь В.Д. Магнитно-импульсная штамповка анизотропных, механически и геометрически неоднородных трубных заготовок: дис ...д-ра. техн. наук, ТулГУ. Тула. 1989. 360с.

37. Кухарь В.Д., Орлов A.A., Пасько А.Н., Проскуряков Н.Е. Конечно-элементная модель распределения тока в индукторе для магнитно-импульсной штамповки // Исслед. в обл. теории, технол. и оборуд. штамп, пр-ва. - Орел: ОрелГТУ: Тула: ТулГУ, 1998. С. 105-110.

38. Кухарь В.Д., Пасько А.Н., Проскуряков Н.Е. Конечно-элементные варианты вычисления деформаций в задачах магнитно-импульсной штамповки // Куз-нечно-штамповочное производство. 1998. № 10. С. 14-15.

39. Кухарь В.Д., Пасько А.Н., Проскуряков Н.Е., Яковлева О.Б. Раздача и обжим трубчатых заготовок давлением импульсного магнитного поля // Кузнечно-штамповочное производство. 1997. № 10, С. 14-15.

40. Кухарь В.Д., Проскуряков Н.Е., Пасько А.Н. Моделирование процессов сборки деталей давлением импульсного магнитного поля (ИМП) // Кузнечно-штамповочное производство. 1996. № 8, С. 2-3.

41. Лай Д. 3. Управление формой импульса давления при электромагнитной штамповке. // Сборник МГТУ «МАМИ» ААИ. 2012. С 145-148.

42. Лай Д. 3. Моделирование операций электромагнитной штамповки трубчатых заготовок с использованием пакета MATLAB/Simulink. // Известия ТулГУ. 2013. Вып 5. Тула: ТулГУ. С 50-56

43. Лапшин М.Г., Мирошников В.Г., Попов В.Я. Обработка металлов магнитным давлением // Машиностроитель. 1976. № 11. С. 14-17.

44. Лившиц А. Л., Кравец А. Т., Рогачев И. С, Сосенко А. Б. Электро-импульсная обработка металлов // Изд-во «Машиностроение» - Москва, 1967. 290 с

45. Магнитно-импульсная обработка металлов / Изд. 3-е, доп. Воронеж: ЭНИКМАШ, 1976. 182 с.

46. Магнитно-импульсная сборка волновой секции / С.П. Яковлев [и др.]// Исслед. в обл. теории, технол. и оборуд. штампов, пр-ва/ Тула: ТулПИ, 1992. С. 5-11.

47. Маркин A.A., Карнеев C.B. Расчет упругопластического состояния оболочек методом конечных элементов // Исслед. в обл. пластичн. и обр. металлов давл. Тула: ТулПИ, 1980. С. 36-40.

48. Математическая энциклопедия / Гл. ред. И.М. Виноградов .- М.: Советская Энциклопедия. 1984. Т.1-Т.5 ,

49. Методика исследований и расчета магнитно-импульсного инструмента /

50.

51.

52.

53.

54,

55.

56.

57,

58,

59,

60,

61

62

63

64

65

А.Н. Андреев, В.Н. Бондалетов, Ю.А. Попов [и др.] // Исследование новых электротехнологических процессов в металлургии и обработке / Чебоксары: ЧувГУ, 1969. С. 128-146.

Михайлов В.М. Влияние перемещения деформируемой детали на амплитуду тока в рабочей зоне индуктора. Харьков: ХПИ. 1974. № 94. С. 37-48. Михайлов В.М. Импульсные электромагнитные поля. Харьков: Вища школа,

1979. 140 с.

Михайлов В.М. О распределении усилий в стенке проводящей трубы в нестационарном магнитном поле // Теоретическая электромеханика. 1971. вып. 12, С. 124-128.

Михлин С.Г. Вариационные методы в математической физике. М: Наука, 1970. 268 с.

Монтгомери Д.К. Планирование эксперимента и анализ данных / Пер. с англ. Л.: Судостроение, 1984. 384 с.

Монат. Л., Гёбль. Н., Электромагнитная листовая штамповка. // Кузнечно-штамповочное производство, 1985, №3, с. 16-17.

Норенков И.П. Введение в автоматизированное проектирование технических устройств и систем: учеб. пособие для втузов. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Высш. шк., 1986. 304 с.

Немков B.C., Демидович В.Б. Теория и расчет устройств индукционного нагрева. Л.: Энергоатомиздат, 1988. 280 с.

Новик Ф.С., Арсов Я.Б. Оптимизация процессов технологии металлов методами планирования экспериментов. М.: Машиностроение; София: Техника,

1980. 304 с.

Орешенков А.И., Вагин В.А., Мамутов B.C. Высокоскоростные методы листовой штамповки. Л.: ЛПИ, 1984. 80 с.

Осипенко Г.И., Попов Ю.А. Анализ влияния параметров установки и системы «индуктор-заготовка» на величину давления магнитного поля // Исследование новых электротехнологических процессов в металлургии и обработке. Чебоксары: ЧувГУ, 1969. С. 146-156.

Острейко В.И. К расчету индуктивностей осесимметричных систем при резком поверхностном эффекте // Механические взаимодействия в сильных магнитных полях. Л.: 1974. С. 73-78.

Петров М. В., Баженов В. Г., Ломунов В. К. Магнитно-импульсная обработка тонкостенных осесиметричных заготовок // Чебоксары: Изд-во Чуваш, ун-та, 2009.144с

Петров. М. В. Теоретическое и экспериментальные основы разработки технологических процессов магнитно-импульсной обработки материалов// Дис ...д-ра. техн. наук. Нижний Новгород. НГТУ, 2002. 326с. Попов Е.А. Основы теории листовой штамповки. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1977.278 с.

Попов. Е. А., Бочаров. Ю. А., Поляк. С. М., Столбунов. А. С., Райх. Д. Б., Легчилин. А. И. Деформирование маталла импульсным магнитным полем. Часть 1. Сущность процесса и оборудование. // Кузнечно-штамповочное производство, 1966. №5. с. 1-7.

66. Попов. Е. А., Бочаров. Ю. А., Поляк. С. М., Столбунов. А. С., Райх. Д. Б., Легчплин. А. И. Деформирование маталла импульсным магнитным полем. Часть 2. Особенности механизма деформирования заготовки ИМП. // Кузнеч-но-штамповочное производство. 1966. №6. С. 1-9

67. Попов Ю.А. К расчету давления магнитного поля и его импульса при разряде батареи конденсаторов на плоскую систему «индуктор-заготовка» // Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции по магнитно-импульсной обработке металлов / Харьков: ХПИ, 1966. С. 62-63.

68. Попов Ю.А. Методика расчетов импульсных процессов в индуктивно-связанных системах при магнитно-импульсной обработке металлов: автореф. дис.... канд. техн. наук. М.: 1970. 18 с.

69. Проскуряков Н.Е. Выбор рациональных параметров и компоновок магнитно-импульсных установок // Исслед. в обл. теории, технол. и оборуд. штамп, пр-ва. Тула: ТулПИ, 1990. С. 152-157.

70. Проскуряков Н.Е. Исследование влияния параметров системы установка-индуктор-заготовка» на процесс обжима импульсным магнитным полем //Избранные труды ученых Тульского государственного университета. Тула: ТулГУ, 1997.- С. 205-214

71. Проскуряков Н.Е. Определение параметров системы «установка-индуктор-заготовка» для заданной технологии // Кузнечно-штамповочное производство. 1995. №8. С.15-17

72. Проскуряков Н.Е. Оптимизация параметров оборудования и индукторной системы при расчете технологических процессов магнитно-импульсной штамповки // Кузнечно-штамповочное производство. 1998. № 10. С. 18-21.

73. Проскуряков Н.Е., Маленичев И.А. Определение технологических параметров и режимов работы при магнитно-импульсной штамповке // Ресурсосберегающие технологии машиностроения. М.: МГААТМ, 1996. С.57-62.

74. Проскуряков Н. Е., Пальчун Е. Н., Лай Д. 3. Разработка критерия оценки энергоемкости операций электромагнитной штамповки // Известия ТулГУ., Вып 6. Ч 2. Тула: ТулГУ, 2011. С. 270 - 275.

75. Проскуряков Н. Е., Селищев В. А., Лай Д. 3. Влияние формы импульса давления при электромагнитной штамповке // Вестник ТулГУ. АПИР 16. 2011. С 207-211.

76. Проскуряков Н. Е., Лай Д. 3. Модель системы «оборудование -инструмент -заготовка» при электромагнитной штамповке // Вестник ТулГУ. АПИР 17. 2012. С 173-177.

77. Проскуряков Н. Е., Лай Д. 3. Оптимизация параметров системы «оборудование-инструмент-заготовка» при эмш трубчатых заготовок. // Известия ТулГу., Вып 6, Ч 2. Тула: ТулГУ, 2013. С 79-83.

78. Прудников М. И., Фейгин А. П. Деформирование импульсными электромагнитными полями //Кузнечно-штамповочное производство. 1964. №5. С. 6-10.

79. Самохвалов В.Н. Разработка теории и практических основ процессов штамповки тонкостенных деталей давлением импульсных магнитных полей без применения жесткого формообразующего инструмента: дис....д-ра. техн.

наук. М.: МГАИ (МАИ), 1996. 284 с.

80. Талалаев. А. К., [и др.]. Магнитно-импульсная штамповка полых цилиндрических заготовок - Тула: «Репроникс Лтд», 1998. 238 с.

81. Талалаев А.К. Индукторы и установки для магнитно-импульсной обработки металлов. Москва. 1992. 143 с.

82. Терёхин В. В. Основы моделирования в MATLAB. Часть 2. Simulink. Новокузнецк 2004. 376с.

83. Хардин В. Б., Комаров А. Д., Лысенко Д. Н., Глущенков В. А. Особенности деформации металла при магнитно-импульсной штамповке // Кузнечно-штамповочное производство. 1970. №4, С. 29-30.

84. Хартман К., Лецкий Э., Шефер В. Планирование эксперимента в исследовании технологических процессов . М.: Мир, 1977. 552 с.

85. Хименко. Л. Т. Создание конструкций и разработка методов расчета индукторов для магнитно-импульсной обработки. // Кузнечно-штамповочное производство. 1984. №7, С. 20-22.

86. Хмелевской. А. А., [и др.]. Параметрический ряд магнитно-импульсных установок// Кузнечно-штамповочное производство, 1985, №12, с. 7-9.

87. Хикс Ч. Основные принципы планирования эксперимента . М.: Мир, 1967. 407 с.

88. Чибисов В. П. Исследование процесса деформирования концевой части осе-симметричных трубчатых заготовок из анизотропного материала импульсным магнитным. Дисс... кан. техн. наук. Тула, 1981. 286 с

89. Черных. И. В., SIMULINK - среда создания инженерных приложений. Москва - 2004, 247с.

90. Щеглов Б.А. Динамическое формообразование тонколистовых металлов // Исследование процессов пластического формоизменения металлов. М.: МАИ, 1974.-С. 33-34.

91. Юдаев В.Б. Основы проектирования эффективных управляемых импульсных процессов штамповки листовых деталей летательных аппаратов: автореф. дис.... д-ра. техн. наук. М.: МАИ, 1993. 42 с.

92. Яковлев С.П., Кухарь В.Д., Талалаев А.К. Раздача тонкостенной цилиндрической анизотропной трубы в кольцевую щель // Известия вузов. Машиностроение. 1978. № 10. С. 128-132.

93. Яковлев С.П., Кухарь В.Д., Резников. Л. А., Чибисов. В. П. К выбору темпе-ратурно-частотных режимов магнитно-импульсной штамповки с предварительным нагревом заготовок // Кузнечно-штамповочное производство. 1985. №12. С. 4-5

94. Яковлев С.П., Кухарь В.Д., Новиков С .С. Обжим кольца импульсным магнитным полем // Известия вузов. Машиностроение. 1985. № 4. С. 104-108

95. Яковлев. С.П., [и др.]. под ред. Яковлева С.П., Юдина Л.Г. Малоотходная, ресурсосберегающая технология штамповки - Кишинев: «Universitas», 1993. 238 с.

96. Jablonski J., Winkler R. Analysis of the electromagnetic Forming Process // International Journal mechanic Sei. - 1978. Mol. 20. P. 315-325.