Вытяжка с утонением стенки цилиндрических заготовок корпуса огнетушителя из дилатирующего материала тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.09, кандидат технических наук Чан Дык Хоан

• Чан Дык Хоан
• кандидат технических наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат технических наук Чан Дык Хоан

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ТЕОРИИ ДЕФОРМИРОВАНИЯ, ВЫСОКОПРОЧНЫХ ДИЛАТИРУЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ

1.1. Конструкции огнетушителей

1.2. Технологии изготовления корпуса огнетушителя

1.3. Методы анализа процессов операции вытяжки

с утонением стенки

1.4. Основные выводы и постановка задач исследования

2. ВЫТЯЖКА С УТОНЕНИЕМ КОРПУСА ОГНЕТУШИТЕЛЯ

2.1. Основные соотношения для осесимметричного пластического течения дилатирующих материалов

2.2. Расчет силовых режимов методом локальных вариаций

2.3. Анализ деформированного и напряженного состояния

2.4. Основные результаты и выводы

3. ФОРМИРОВАНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ В ПРОЦЕССЕ ВЫТЯЖКЕ С УТОНЕНИЕМ

3.1. Компьютерное моделирование по определению влияния основных

3.2. Формирование заданных механических свойств

3.3. Прогнозирование деформационной повреждаемости

4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ

4.1. Методика проектирования технологического процесса

изготовления корпуса огнетушителя вытяжкой

4.3. Расчет инструмента для вытяжных операций

4.5. Технологический процесс изготовления корпуса огнетушителя

4.6. Использование результатов исследований

4.7. Основные результаты и выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Вытяжка с утонением стенки цилиндрических заготовок корпуса огнетушителя из дилатирующего материала»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Важнейшим фактором развития машиностроения является разработка новых и совершенствование существующих технологических процессов. Важную роль в составе многих сложных технологий машиностроения занимают операции обработки металлов давлением (ОМД), которые в значительной степени определяют эксплуатационные характеристики готовых изделий. К таким изделиям относятся цилиндрические детали с толстым дном и тонкой стенкой, к которым предъявляются высокие требования по прочности.

Качественное проектирование технологических процессов на базе операций ОМД основывается как на передовом производственном опыте, так и на теоретическом и экспериментальном анализах этих процессов. Проводимые исследования пластического формоизменения материалов показывают, что эксплуатационные свойства изделий зависят не только от механических характеристик, но и от физико-структурных свойств обрабатываемых материалов. К этим свойствам относится и повреждаемость материала дефектами деформационного характера, связанная с пластическим разрыхлением (или уплотнением) мезоструктуры деформируемого материала.

К числу наиболее перспективных направлений изготовления цилиндрических заготовок относится холодная штамповка, в частности, вытяжка с утонением стенки. Среди преимуществ вытяжки с утонением можно отметить: низкую энергоемкость, высокую точность и качество поверхностей изготавливаемых деталей, возможность формирования требуемых эксплуатационных свойств в готовых изделиях. Недостатком вытяжки является возникновение осевых растягивающих напряжений, способствующих развитию деформационной повреждаемости материала. Развитие и возможное слияние пор может приводить к образованию полостных дефектов, которые снижают прочностные свойства (предел прочности, предел текучести) материла готовых

изделий. В связи с этим возникает научная задача по разработке рекомендаций, направленных на повышение качества изделий при интенсификации процессов вытяжки с утонением цилиндрических заготовок в многооперационной технологии путем технологического обеспечения формирования требуемых механических свойств, в том числе и деформационной повреждаемости.

В настоящее время при изучении деформационной повреждаемости значительное место занимают дилатансионные модели. Использование модели дилатирующего материала создает возможность для анализа пластической повреждаемости в многооперационной технологии изготовления многих деталей, особенно корпусных цилиндрических, испытывающих высокое внутреннее давление и воздействие агрессивных сред, например, корпус огнетушителя. Однако эти модели еще не нашли достаточно полного применения в ОМД при определении деформационной повреждаемости обрабатываемых материалов.

Цель работы. Повышение эффективности процессов вытяжки с утонением цилиндрических заготовок путем установления теоретически обоснованных параметров пластического деформирования дилатирующих материалов, обеспечивающих получение заданной деформационной повреждаемости и связанных с ней механических свойств.

Для достижения указанной цели в работе поставлены и решены следующие задачи исследований:

1. Установить определяющие соотношения для анализа осесимметричного пластического течения процессов вытяжки с утонением из дилатирующего материала.

2. Выполнить теоретические исследования процесса вытяжки с утонением цилиндрических заготовок из дилатирующего материала с определением силовых режимов, полным анализом напряжено-деформированного состояния и деформационной повреждаемости.

3. Получить зависимости влияния технологических параметров на кинематику течения материала, напряженное и деформированное состояния заготовки, силовые режимы, повреждаемость материала и предельные возможности исследуемого технологического процесса.

4. Разработать пакет прикладных программ для расчета силовых параметров, распределения деформаций, напряжений и деформационной повреждаемости в процессах вытяжки с утонением цилиндрических заготовок из дилатирующего материала.

5. Разработать рекомендации по проектированию технологических параметров процесса вытяжки с утонением цилиндрических заготовок из дилатирующего материала, обеспечивающих прогнозирование деформационной повреждаемости и связанных с ней эксплуатационных свойств.

Объект исследования. Технологические процессы вытяжки с утонением стенки цилиндрических заготовок.

Предмет исследования. Многооперационная вытяжка с утонением стенки цилиндрических заготовок корпуса огнетушителя из дилатирующего материала.

Методы исследования. Исследования операции вытяжки с утонением стенки осесимметричных деталей выполнены с использованием основных положений теории пластичности с учетом пластической дилатансии материала. Расчет силовых параметров процесса осуществлен численно методом локальных вариаций. Анализ напряженного и деформированного состояний полуфабриката в процессе вытяжки с утонением осуществлен путем совместного решения дифференциальных уравнений равновесия, уравнения состояния и основных определяющих соотношений при заданных начальных и граничных условиях. Предельные возможности формоизменения исследуемых

процессов деформирования оценивались по критерию разрушения материала, связанному с накоплением микроповреждений.

Автор защищает:

- основные уравнения и соотношения процесса вытяжки с утонением цилиндрических заготовок с учетом пластической дилатансии деформируемого материала;

- результаты теоретического исследования процесса вытяжки с утонением цилиндрических заготовок из дилатирующего материала с прогнозированием деформационной повреждаемости металла;

- установленные количественные зависимости влияния технологических параметров на кинематику течения материала, напряженно-деформированное состояние и допустимую величину деформационной повреждаемости металла при вытяжке с утонением цилиндрических заготовок;

- пакеты прикладных программ для ЭВМ по расчету технологических параметров операций вытяжки с утонением цилиндрических заготовок с учетом пластической дилатансии и деформационной повреждаемости материала;

- разработанные рекомендации по проектированию технологических процессов с использованием операций вытяжки для изготовления осесимметричных заготовок с заданными эксплуатационными свойствами.

Научная новизна: Установление закономерностей изменений напряженно-деформированного состояния, деформационной повреждаемости материала от технологических параметров вытяжки с утонением стенки цилиндрических заготовок на базе использования дилатансионной модели при осесимметричном деформировании.

Практическая значимость. На основе выполненных исследований разработаны рекомендации и создан пакет прикладных программ для ЭВМ по расчету режимов технологических операций холодной вытяжки с утонением стенки цилиндрических заготовок из дилатирующих материалов,

обеспечивающих интенсификацию технологических процессов, прогнозирование деформационной повреждаемости и связанных с ней эксплуатационных свойств, а также сокращение сроков подготовки производства новых изделий.

Реализация работы. Отдельные результаты диссертационной работы использованы в учебном процессе при подготовке специалистов и магистров по специальности 170104 Высокоэнергетические устройства автоматических систем и включены в разделы лекционных курсов «Технологическая механика», «Современные методы подготовки производства», а также в научно-исследовательской работе студентов при выполнении курсовых и дипломных проектов.

Апробация работы. Результаты исследований доложены на Всероссийской научно-технической конференции студентов, магистрантов, -аспирантов и молодых ученых «Техника XXI века глазами молодых ученых и специалистов» (Тула, 2009, 2012), на ежегодной магистерской научно-технической конференции Тульского государственного университета (Тула, 2009, 2010), а также на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Тульского государственного университета (Тула, 2010 - 2012).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 8 печатных работ, в том числе 4 работы в изданиях, входящих в Перечень рецензируемых научных журналов ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка использованных источников из 119 наименований, 2 приложения и включает 96 страниц машинописного текста, 21 рисунков и 11 таблиц. Общий объем - 125 страниц.

Во введении обоснована актуальность рассматриваемой в работе научно-технической задачи, сформулированы цели работы, положения, выносимые на

защиту, научная новизна, методы исследования, практическая значимость, приводятся данные о реализации работы, публикациях, структуре и объеме диссертационной работы, краткое содержание разделов диссертации.

В первом разделе представлен обзор современного состояния технологии и теории формообразования конструкционных материалов. Представлена конструкция огнетушителя ОУ-5. Проведен анализ различных технологических процессов изготовления корпуса огнетушителя. Рассмотрены теоретические и экспериментальные методы исследования операции вытяжки. Исследованию процессов вытяжки посвящены многие работы отечественных и зарубежных ученых: Ю.А. Аверкиева, А.Ю. Аверкиева, A.A. Богатова, С.А. Валиева, Г.Я. Гуна, JIM. Качанова, B.JI. Колмогорова, В.П. Кузнецова,

С.И. Мижирицкого, И.А. Норицына, А. Г. Овчинникова, В.А. Огородникова, Е.А. Попова, C.B. Смирнова, М.В. Сторожева, И.П. Ренне, В.Н. Рогожина, Е.П. Унксова, С.П. Яковлева, С.С. Яковлева, У. Джонсона, Е. Зибеля и др. Обзор показал, что при анализе процессов вытяжки цилиндрических деталей в основном учитываются начальные механические свойства материала и недостаточно изученными остаются вопросы пластической неоднородности и деформационной повреждаемости существенно влияющие на силовые режимы и предельные возможности формоизменения. Актуальность их решения усиливается современным кинетическим подходом к оценке прочности изделий получаемых методами пластического формоизменения. Поэтому разработка усовершенствованного метода анализа деформирования конструкционных материалов с учетом пластической дилатансии, позволяющей рассчитывать шаровые напряжения и прогнозировать опасность разрушения, является актуальной.

На основе проведенного обзора поставлена научно-технологическая задача диссертационного исследования, состоящая в анализе процесса вытяжки с утонением цилиндрических деталей с прогнозированием деформационной повреждаемости материала.

Во втором разделе выписаны основные соотношения осесимметричного пластического течения ди латирующих материалов. Осуществлен расчет методом локальных вариаций силовых режимов, и используя, полученное действительное поле, составляющей скорости перемещения вдоль оси /• и соотношения проведен анализ напряженно-деформированного состояния при вытяжке с утонением стенки корпуса огнетушителя.

В третьем разделе представлен расчет механических свойств и повреждаемости в стенке корпуса огнетушителя при многооперационной вытяжке с утонением стенки с одним промежуточным рекристаллизационным отжигом, разработана методика прогнозирования повреждаемости и осуществлен расчет накопленной повреждаемости материала при вытяжках корпуса огнетушителей. Проведен анализ влияния основных технологических факторов на накопление деформационной повреждаемости и формирование заданных механических свойств.

Четвертый раздел посвящен проектированию прогрессивных технологических процессов и разработке расчетной методики изготовления цилиндрических изделий ответственного назначения вытяжкой с утонением. Использование предложенной методики дает возможность прогнозировать силовые параметры, напряженно-деформированное состояние, деформационную повреждаемость и формирование механических свойств. Это дает возможность, на базе операций вытяжки с утонением, разрабатывать новые технологические процессы изготовления цилиндрических изделий требуемого качества с минимальными сроками освоения выпуска продукции при рациональном выборе заготовок и режимов обработки.

На основе данной методики разработан технологический процесс корпуса огнетушителя ОУ-5, с использованием многооперационной вытяжкой с утонением и расчет инструмента. Технико-экономическая эффективность предлагаемого технологического процесса связана с повышением прочности и качества изготавливаемых изделий, за счет сокращения деформационной

повреждаемости и снижениям трудоемкости изготовления и металлоемкости корпуса огнетушителя.

Результаты диссертационной работы использованы в учебном процессе по направлению 150400 «Технологические машины и оборудование», а также в научно-исследовательской работе студентов.

В заключении приводятся основные результаты и выводы по выполненной работе.

Приложения содержат полученные результаты компьютерного моделирования процессов вытяжки с утонением и акт внедрения полученных результатов в учебный процесс.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ТЕОРИИ ДЕФОРМИРОВАНИЯ, ВЫСОКОПРОЧНЫХ ДИЛАТИРУЮЩИХ

МАТЕРИАЛОВ

Повышение требований к надежности и долговечности работы машин и оборудования ставит перед машиностроением задачи повышения эффективности производства и качества получаемых деталей. В различных отраслях промышленности нашли широкое применение корпусные осесимметричные детали с толстым дном и тонкой стенкой, в частности корпуса огнетушителей, работающие в условиях высокого давления агрессивных сред. В связи с этим к ним предъявляются высокие требования по эксплуатационным характеристикам. Получение требуемых эксплуатационных характеристик возможно за счет выбора технологии изготовления. Использование обработки давлением дает возможность осуществлять необходимое формоизменение, и при правильном назначении режимов термомеханического воздействия на заготовку формировать требуемые эксплуатационные свойства. Поэтому большое практическое значение имеет установление влияния параметров технологического процесса на силовые, деформационные и качественные характеристики. В свете сказанного является актуальной задача поиска высокоэффективных методов деформации и разработка рекомендаций, направленных на технологическое обеспечение качество деталей, удовлетворяющее условиям эксплуатации.

В этой главе проведен обзор конструкций огнетушителей их технических характеристик и условий работы и рассмотрены технологии и современные теоретические методы, с использованием научных достижений, как теории пластичности, так и механики деформационной повреждаемости, повышающие эффективность процесса деформирования высокопрочных дилатирующих материалов, при изготовлении деталей с высокими эксплуатационными свойствами.

1.1. Конструкции огнетушителей

В настоящее время, для тушения пожаров широко применяются различные виды огнетушителей. Наиболее распространенными являются: ручные пенные химические огнетушители ОП-3 и ОП-5, и углекислотпые огнетушители ОУ-2 и ОУ-5 [48, 69].

Огнетушители ОП-3 и ОП-5 предназначены для тушения пожаров в самом начале их возникновения. Приведенный в действие, огнетушитель работает в течение 60...65 сек, давая струю пены длиной 8м и объемом около 38литров пены. Химические огнетушители не следует применять для тушения электроустановок, находящихся под напряжением, так как это может привести к поражению электрическим током. Для этого используют углекислотные огнетушители. Углекислота не проводит электрический ток и не вызывают порчи материалов и товаров. Огнегасительные свойства кислоты заключаются в том, что она, являясь инертным газом, понижает процентное содержание кислорода в очаге пожара и изолирует его от притока кислорода к горящему предмету. При выбрасывание кислоты из баллона раструбом-снегообразователем непосредственно в очаг пожара значительно понижается температура не только горящего предмета или вещества, но и воздуха, окружающего этот предмет.

Углекислотные огнетушители ОУ-2 и ОУ-5 (рис. 1.1.) представляют собой стальные баллоны, наполненные жидкой углекислотой и снабженные специальным вентилем-запором из латуни и раструбом-снегообразователем. К вентилю-запору припаяна сифонная трубка, имеющая в нижней части косой срез. При завернутом вентиле трубка не доходит до дна 3...4 мм, способствует полному выходу углекислоты из баллона, работающего огнетушителя. Вентиль-запор снабжен предохранительной мембраной, рассчитанной на разрыв при температуре +50°С, что позволяет предотвращать чрезмерное повышение давления углекислоты в корпусе огнетушителя. Рабочее давление достигает до 14,7МПа. Вентиль-запор соединен с раструбом-

снегообразователем поворотным механизмом. При возникновении пожара огнетушитель подносят как можно ближе к очагу пожара (наибольшее

Рис. 1.1. Огнетушитель ОУ-5. 1 - маховичок; 2 - вентиль-запор; 3 -ручка; 4 - корпус;5 - раструб-снегообразователь

027

Рис. 1.2. Корпус огнетушителя ОУ-5

Основным элементом конструкции огнетушителя является корпус (рис. 1.2). Для углекислотных огнетушителей корпус испытывается внутреннее давление 14,7 МПа. Корпус огнетушителя работает в условиях повышенного давления и агрессивной химической среды, что и определяет требования к его конструкции и технологии производства. Механические свойства стенки цилиндрической части баллона должны обеспечит: временное сопротивление

сти не менее 750 МПа, твердость не менее 200 НУ по Виккерсу, ударную

^ о

вязкость КСУ не менее 29,4 Дж/см", при температуре минус 40 С и

относительное удлинение 65 не мене 4 %.

Материалы для изготовления корпуса огнетушителя

Выбор материала является важной задачей, связанной как с обеспечением задаваемых служебных характеристик корпуса огнетушителя, так и с технологичностью. К материалам, применяемым для изготовления корпуса огнетушителя, предъявляются следующие основные требования [48, 79, 80]:

- высокая пластичность, допускающая обработку давлением в холодном состоянии, и отсутствие деформации корпуса при высоком внутреннем давлении;

- высокая прочность, необходимая для проведения операций вытяжки и обеспечения требуемой жесткости корпуса, имеющего относительно тонкие стенки;

- склонность к упрочнению в процессе обработки давлением и высокая упругость, необходимая для обеспечения формирования заданных механических свойств;

- неизменяемость механических свойств со временем и стойкость к старению и самопроизвольному образованию трещин;

- высокая антикоррозийная стойкость, необходимая при изготовлении и хранении исходного материала, полуфабрикатов и готовых изделий;

- простота термической обработки в процессе производства;

- химическая нейтральность по отношению к составу огнетушащих средств;

- хорошая обрабатываемость давлением в холодном состоянии, обеспечивающая высокую стойкость рабочего инструмента, и пригодность для механической обработки резанием.

Были исследованы и испытаны следующие конструкции и технологии изготовления баллонов высокого давления.

Наиболее полно, удовлетворяют, перечисленным требованиям малоуглеродистые стали марок 10ГНА и 11ЮА, которые являются дешевым и недефицитным материалом, почти полностью избавленным от самопроизвольного образования трещин.

Химический состав сталей 10ГНА и 11ЮА, применяемых для изготовления корпусов, приводится таблице 1.1.

Химический состав сталей, %

Таблица 1.1

Марка стали 10ГНА 11ЮА

Углерод 0,07...0,15 0,08...0,13

Марганец 1,2...1,6 0,30...0,50

Никель 1,1...1,4 0,1

Алюминий 0,2...0,7 0,02...0,07

Кремния не более 0,13 не более 0,13

Серы не более 0,012 не более 0,03

Фосфора не более 0,015 не более 0,025

Данные стали обладают высокими характеристиками пластичности и сравнительно высокими характеристиками прочности. Сталь 11ЮА имеет временное сопротивление ав = 360...400 н/лш2; относительное удлинение 5 = 32...38 %; твердость НУ 90... 100; поперечное сужение \|/ = 0,11. В дальнейшем для изготовления корпуса огнетушителя ОУ-5, будем использовать сталь 11ЮА

1.2. Технологии изготовления корпуса огнетушителя

В настоящее время существует много способов изготовления корпуса огнетушителя или баллонов. Технология изготовления баллонов давления должна обеспечивать высокую надежность получаемых конструкций при минимальном разбросе их функциональных характеристик и ввиду массовости их производства иметь низкую материалоемкость и удельную металлоемкость. При этом удельная металлоемкость баллона (отношение массы корпуса к емкости баллона), являющаяся характерным параметром качества конструкции газовых баллонов, должна быть максимально низкой и отвечать уровню мировых стандартов. Баллоны должны выдерживать большое число циклов нагружения, иметь срок службы в различных климатических условиях не менее 10 лет, разрушение баллонов - безосколочное и т. д. Однако существующие отечественные технологии массового изготовления газовых баллонов не позволяют добиться в полной мере одновременного повышения механической надежности,и снижения материалоемкости (удельной металлоемкости).

Известен способ изготовления корпусов металлических газовых баллонов, включающий изготовление днищ методом горячей или холодной штамповки, цилиндрической обечайки из листа сверткой на вальцах и последующей сваркой продольным швом. После чего соединительный патрубок с распределительным отверстием приваривают к обечайке двумя кольцевыми швами. По данной технологии изготавливается большинство баллонов на давление 1,6 МПа с толщиной стенки корпуса 3,0мм. Такое выполнение технологии известного способа приводит к резкому повышению удельной металлоемкости получаемых баллонов, что ведет к перерасходу материала. Повышенная металлоемкость связана с тем, что цилиндрическая часть корпуса баллона является частью листа, не изменяемой в процессе обработки по получению готового корпуса. Кроме того, такая технология ведет к высокому разбросу геометрических характеристик конструкции баллонов, а также появлению ряда сварных швов с низким допустимым относительным

удлинением. Все это вместе ограничивает эксплуатационные возможности, снижает надежность на ресурсе и приводит к существенному отставанию по основным показателям газовых баллонов давления от мирового уровня.

Известен способ изготовления баллонов высокого давления из трубной заготовки методом закаткой горловины и днища. Когда выбирается заготовка из трубы, происходит ультразвуковой контроль толщины её стенок. Сущность закатки горловины или днища заключается в следующем: на нагретый конец заготовки, зажатый во вращающемся шпинделе обкатной машины, воздействуют специальным инструментом, перемещающимся по круговой траектории до угла закатки, равного 90 градусов. Нагрев конца заготовки перед закаткой производится в газовой пламенной щелевой печи - горне при температуре около 1150 градусов. Для получения необходимых прочностных свойств рассматриваемым баллонам производится термическая обработка -нормализация. Нормализация осуществляется в 3-х зонной методической печи, отапливаемой природным газом, с наклонным подом. Охлаждение баллонов производится на стеллажах, на воздухе. Прошедшие нормализацию баллоны подвергаются испытанию механических свойств на коэрцитиметре. Механическая обработка баллонов средней емкости включает в себя следующие операции: зацентровка, подрезка торца, сверление отверстия, расточка на конус под резьбу, нарезание резьбы, проточка горловины под кольцо. Все указанные операции выполняются на автоматизированных поточных линиях. Прошедшие механическую обработку баллоны подвергаются контролю отдел технического контроля. Принятые баллоны направляются на отделку. Отделка баллонов включает следующие основные операции: определение объема, испытания на прочность и герметичность, сборка баллона, взвешивание, покраска, контроль. Определение фактического объема баллонов производят на специальной установке путем заполнения их водой. Сборка баллонов начинается установкой вентилей. После проведения пневмоиспытаний и выпуска воздуха производится насадка башмака на донную

часть баллона. Насадка и оформление башмака, т.е. придание ему требуемой формы, производится одновременно на гидравлическом прессе.

Известен еще способ изготовления баллонов методом изотермическим выдавливанием. Используют этот способ иметь следующие преимущества:

устранение ограничений по допустимой степени деформации за один переход, позволяющее сократить количество формоизменяющих операций;

возможность повышения геометрической точности заготовки; снижение расхода металла; уменьшение износа штаммов;

Недостатками изотермической штамповки являются: необходимость использования специального прессового оборудования (со скоростью рабочего хода не более 2 м/с); повышение трудоемкости штамповки;

сложность конструкции, высокие требования к точности и теплостойкости штамповой оснастки;

повышенные требования к технологической смазке; необходимость тщательной отработки технологического процесса, особенно точно соблюдения режимов обработки.

Известен также способ изготовления корпусов металлических газовых баллонов вытяжкой. На основе вытяжных операций можно разработать два существенно, различных технологических процесса [80]:

на основе последовательных вытяжек без утонения стенки; на основе последовательных вытяжек с утонением стенки после первой вытяжки.

Преимуществом второй схемы технологического процесса является возможность достижения стабильных механических и физико-структурных свойств материала, необходимых для обеспечения требуемых эксплуатационных характеристик корпуса огнетушителя. При разработке технологического процесса по второй схеме в полной мере можно использовать

опыт патронно-гильзового производства. Именно этот опыт свидетельствует о стабильном обеспечении физико-механических свойств обрабатываемого материала при вытяжке с утонением стенки полуфабриката за счет основательной пластической проработки структуры деформируемого материала.

По второй схеме технологического процесса необходимо выбирать исходную заготовку значительно большей толщины и, соответственно, меньшего диаметра, чем по первой схеме. Это обстоятельство приводит к тому, что готовые изделия будут донную часть значительной толщины. Введение дополнительной операции механической обточки дна с целью уменьшения массы баллона приводит к значительному снижению коэффициента использования металла, что существенно повышает себестоимость готовой продукции. В связи с последним обстоятельством предпочтение по технико-экономическим показателям следует отдать первой схеме технологического процесса.

Поэтому, создание технологии изготовления корпусов металлических газовых баллонов, позволяющей получатель баллоны с низкой металлоемкостью, с одновременным повышением их эксплуатационных характеристик является актуальной задачей. Предлагаемый способ изготовления, металлических газовых баллонов, вытяжкой с утонением со степенью деформации 30-45%, позволяет сформировать более равномерную мелкозернистую структуру металла, в результате снижается плотность микродефектов, механические характеристики распределятся по толщине стенок корпуса равномерно, что приводит к повышению ударной вязкости. Это улучшает эксплуатационные возможности баллонов во всем интервале рабочих температур и типовых нагрузок и практически увеличивает предел прочности металла почти вдвое. Применение отжига уменьшающего напряжение позволяет значительно снизить уровень остаточных напряжений от пластической деформации, стабилизировать и получить оптимальные физико-механические характеристики материала. Все это в совокупности приводит к

повышению стойкости баллонов к циклическим нагрузкам и уменьшению толщины стенок баллона.

В дальнейшем в работе будет исследоваться способ изготовления корпусов огнетушителей вытяжкой с утонением, однако для правильного выбора режимов обработки необходимо провести их теоретическое и экспериментальное обоснование с этой проведем обзор существующих методов исследования.

1.3. Методы анализа процессов операции вытяжки с утонением стенки

Разработка прогрессивных технологических процессов, проектирование инструмента и выбор оборудования требует предварительного определения силы, прикладываемой к деформированному телу, для преодоления сопротивления его деформации и трения на поверхности контакта металла и инструмента. При расчете технологических параметров процесса необходимо наряду с определением силы знать законы распределения деформаций, скоростей деформаций и напряжений в объеме обрабатываемого материала и на контактной поверхности, предельные возможности формоизменения материала на рассматриваемой операции. Теоретической основой методов анализа, процессов обработки металлов давлением, является теория пластичности.

Данный подход справедлив и при разработке технологических процессов изготовления деталей многооперационной вытяжкой с утонением.

Исследованию процессов вытяжки с утонением посвящены многие работы отечественных и зарубежных ученых: И. П. Ренне, С. А. Валиева, С. П. Яковлева, С. С. Яковлева, М. В. Сторожева, Е. А. Попова, Е. П. Унксова, У. Джонсона, А. Г. Овчинникова, Л. М. Качанова, Ю. А. Аверкиева, А. 10. Аверкиева, Г. Я. Гуна, В. Л. Колмогорова, В. Н. Рогожина, В. П. Кузнецова, и др. В качестве исходных заготовок, для операций вытяжки с утонением, используют полуфабрикаты полученные: вырубкой из листа, выдавливанием и сверткой-выдавливанием. Относительно высокие детали изго-

тавливают за нескольких операций. Характер и режимы термической обработки между ними определяются свойствами материала готовой детали. Традиционной схемой является такой, при которой поступательно движущийся пуансон втягивает полую заготовку в неподвижную матрицу и за счет принудительного утонения стенки получают значительный прирост длины при относительно небольшом уменьшении диаметральных размеров [1, 3, 5, 16, 24, 57, 58, 59].

Первый этап - деформация дна, требующая приложения значительной силы, зависящей от формы и размеров дна, угла конусности матрицы, механических характеристик материала и условий трения. Обжатие дна характеризуется малыми степенями деформации, что, в сочетании с промежуточной термической обработкой, может привести к скачкообразному росту зерна. На втором, стационарном этапе происходит утонение стенки заготовки. Сила, как правило, меньше пикового значения и практически мало изменяется. На третьем, неустановившемся этапе осуществляется протягивание кромки, сила падает, процесс заканчивается (Рис. 1.3).

Силы трения по поверхности контакта матрицы и пуансона с заготовкой имеют различное направление. Увеличение длины заготовки в результате принудительного утонения является причиной того, что в очаге пластической деформации пуансон обгоняет деформируемый металл и поэтому силы трения на внутренней поверхности контакта совпадают с направлением перемещения металла. Известно, что эти силы являются полезными, так как стремятся затолкнуть заготовку в матрицу, уменьшая осевые растягивающие напряжения в стенке и снижая возможность се разрушения.

Одним из центральных вопросов исследования технологических возможностей процесса вытяжки с утонением является управление качеством изготавливаемых деталей, и, в частности, разностенностыо. Известно, что на величину разностенности могут влиять следующие факторы: конструкция, точность изготовления установки рабочего инструмента, способ вытяжки;

разностенность исходного полуфабриката; механические свойства, структура, состояние поверхности материала заготовки.

г?

Рис. 1.3. Основные этапы процесса вытяжки с утонением через одну матрицу (б, в, г) и характер изменения технологического усилия (а)

В процессе вытяжки с утонением стенки происходит уменьшение первоначальной толщины стенки заготовки при относительно небольшом уменьшении ее диаметра. За одну операцию можно получить полуфабрикат значительно большей высоты, чем при вытяжке без утонения.

При вытяжке с утонением стенки очаг пластической деформации находится в зоне уменьшения толщины заготовки. Он мало по сравнению с другими размерами полуфабриката и ограничен с обеих сторон упругодеформированными участками (Рис. 1.4. а).

Вытяжка с утонением стенки происходит в условиях объемного деформированного состояния. Однако, если учесть, что относительное уменьшение диаметра мало по сравнению с деформациям в осевом (увеличение длины) и радиальном (уменьшение толщины стенки) направлениях, то без большой погрешности можно считать, что вытяжка с утонением стенки

р кН

происходит в условиях плоского осесимметричного деформированного состояния.

При деформировании элементарного объема, выделенного в очаге деформации, возникают нормальные растягивающие ар, нормальные

сжимающие сгп, окружные сжимающие ад и касательные г напряжения (Рис.

1.4.а). Таким образом, при вытяжке с утонением стенки напряженное состояние объемное.

Рис.1.4. Очаг пластической деформации, его напряженное состояние (а), схема

Особенность напряженно-деформированного состояния при вытяжке с утонением заключается в том, что касательные напряжения г на поверхности контакта заготовки матрицы и пуансона направлены в разные стороны, а сжимающие напряжения ап по абсолютному значению велики по сравнению

со значениями напряжений т, <тр и ад.

А~А

действия внешних сил (б) при вытяжке с утонением стенки

Рассмотренная особенность напряженного состояния очага пластической деформации — основная причина того, что допускаемая степень при вытяжке с утонением выше, чем при вытяжке без утонения стенки.

Для анализа напряженно-деформированного при вытяжке с утонением используют один из методов решения задачи о пластическом формоизменении, а именно - метод баланса работ, метод линии скольжения, метод верхней оценки.

Метод баланса работ. Метод, основанный на законе сохранения энергии, применяли Э. Зибель, А. Ф. Головин, И. Л. Перлин и другие исследователи. Исходным положением этого метода (который называют также энергетическим) является следующее утверждение: при пластической деформации работа внешних сил на соответствующих им перемещениях равна работе внутренних сил, т. е. АВ=А0. Величина Лй представляет собой работу внутренних сил - работу пластической деформации. Величина Ан — это работа внешних (поверхностных) сил, включая и работу внешних сопротивлений АТ (сил контактного трения), которая противоположна по знаку работе активных (деформирующих) сил Ал. Рассматривая абсолютные значения работ, исходное

равнение можно представить так: Ал-Ат= А0. Метод работ использует концепцию жесткопластического тела (принимается условие постоянства объема и отсутствие упругой деформации). Следовательно, величина Ав представляет собой работу формоизменения. Как известно, удельная потенциальная энергия упругой деформации равна половине скалярного произведения компонент напряжений на компоненты соответствующих деформаций. Этим положением можно воспользоваться и для нахождения работы А0. Однако в данном случае следует брать скалярное произведение полностью, а не половину его. Пусть для элементарного объема с1У величина работы деформации с1Ай. Тогда, используя главные напряжения и деформации, на основании предыдущего можно написать

с1Ай = (а{£} + <72б2 + сг3£3)с11/ или Ай - , (1.1)

у

Л = + ШУ + ' (1-2)

где Х,У,2 — проекции сил, действующих по участку поверхности <г/Г, на оси координат, их,иг,и2 — соответствующие им перемещения в направлении этих осей.

Данный метод может быть использован для определения деформирующих усилий при процессах осадки, ковки и объемной горячей штамповки. Он не позволяет находить распределение полей напряжений и деформаций.

Метод линий скольжения. Этот метод применяется для решений плоских (и отчасти осесимметричиых) задач ведет свое начало от работ М. Леви (1871г.), Г. Генки и Л. Прандтля (20-е годы). Дальнейшее развитие он получил в работах отечественных ученых Л. Л. Ильюшина, А. Ю. Ишлинского, С. Г. Михлина, В. В. Соколовского, а также ряда зарубежных ученых Г.Гейрингер, В. Джонсона, К. Ли, В. Прагера, Э. Томсена, Ф. Г. Ходжа, Р. Хилла. В теории процессов ковки и штамповки этим методом с успехом пользовались А. Д. Томленов, К. Н. Шевченко, Л. А. Шофман, Е. М. Макушок, И. П. Ренне [85]. Метод в конечном итоге выражается в построении сетки (поля) линий скольжения и использовании их свойств для определения напряженно-деформированного состояния и связанных с ним технологических параметров. Траектории главных напряжений пересекают линии скольжения под углом я/4. Метод может быть использован для следующих процессов: волочение, вдавливание, рубка, протяжка, обжатие, изгиб, прокатка, прямое (обратное, боковое) выдавливание.

Метод верхних оценок. Этот метод применительно к анализу процессов плоской деформации. Сущность его заключается в том, что пластическая область деформируемого материала представляется состоящей из жестких (недеформируемых) блоков. Тем самым действительное поле линий

скольжения заменяют полем, состоящим из системы прямолинейных отрезков, образующих блоки. Вдоль границ блоков компоненты скоростей перемещений претерпевают разрывы. Внутри каждого блока поле скоростей однородно, т. е. вектор скорости для всех точек данного блока один и тот же. На этом основании строят кинематически возможное поле скоростей, которое позволяет провести расчет распределения деформаций и механических свойств деформируемого материала. Этот метод может использоваться для квазистатических процессов в случае не слишком больших деформаций при расчетах процессов ковки, штамповки, осадки, прямого, обратного и комбинированного выдавливания. Методне позволяет выявлять распределение напряжений.

Однако эти методы не позволяют учитывать неоднородность напряженно-деформированного состояния, поэтому в настоящее время при изготовлении деталей ответственного назначения широко применяются вариационные методы.

Вариационные методы [17, 104, 105, 106] определения силы и деформаций, как и метод баланса работ и верхней оценки, основаны на энергетическом принципе, но в отличие от метода верхней оценки и метода баланса работ позволяют определить не только полную и удельную силу, но и определять распределение напряжений и деформаций по объему тела и учитывать их влияние на формирование эксплуатационных характеристик.

Вариационные методы основаны на положении: «сумма работ всех внешних и внутренних сил на возможных перемещениях около состояния равновесия равна нулю».

Работа внешних сил

где X, У, Ъ - компоненты внешних поверхностных сил; и, 9-, ш - компоненты перемещений.

(1.3)

а

= 6

= 0 (1.6)

Вариации работы внешних сил на возможных перемещениях, согласно уравнению для Ав , определяются уравнением

8Ав. = \\{Хди + У8& + 25ш)с1а = д\\(Хи + УЗ + 2ш)с1а . (1.4)

а а

Вариации работы внутренних сил на возможных перемещениях, согласно уравнению для Ав , определяются уравнением:

8Ав = ¿ДОс1в^У = к6\\\£;с1У . (1.5)

V V

В соответствии с принципом возможных перемещений, учитывая, что работа внутренних сил положительна, а внешних отрицательна, имеем

к^де^У - ]\(Х6и + У33 + гёт)с1а -

V а

кЩе^У - + У& + гт)с1а

'' а

Величина, стоящая в квадратных скобках, представляет собой полную энергию. Следовательно, вариация полной энергии равна нулю. Это положение можно сформулировать так: «действительная форма равновесия тела отличается от всех возможных форм тем, что сообщает полной энергии минимальное значение».

Таким образом, задача может быть поставлена так: найти такую зависимость перемещений от координат, при которой полная энергия принимает минимальное значение.

Решение практических задач обработки металлов давлением методом вариационного исчисления представляет значительные математические трудности. Применением приближенных, так называемых «прямых», методов вариационного исчисления удается решить большое число задач.

Один из прямых методов (метод Ритца) заключается в том, что искомую функцию (применительно к обработке давлением этой функцией являются перемещения) представляют в виде ряда, например,

и = а\<Р1{х,у9г) + а2<Рг{х,У,г) + (1.7)

где а\,С12,... ~ неопределенные параметры; <р1(х,у,г),<р2(х,у,г),... - функции координат, отвечающие граничным условиям.

Функции ср1 можно принимать произвольно, лишь бы они отвечали граничным условиям.

Решение вариационной проблемы также представляет большие трудности, в связи, с чем часто приходится применять приближенные методы, так называемые прямые методы вариационного исчисления. Эти методы достаточно хорошо обоснованы и в применении к вариационным уравнениям выглядят проще, чем непосредственно к дифференциальным уравнениям равновесия. Общность и универсальность методов позволяет использовать вычислительную технику для решения конкретных задач.

В настоящее время широко используются вариационные методы: локальных вариаций и конечного элемента.

Метод локальных вариаций. Суть метода заключается в варьировании с достаточно малым шагом заданного произвольного, но кинематически возможного для рассматриваемых процессов формоизменения, поля скоростей перемещения, нахождения соответствующих каждому варьируемому значению поля скоростей значений функционала и выборе среди них минимального. При этом составляющая, связанная с внешними силами, в варьировании не участвует. Подобное поэтапное решение приводит в итоге к получению действительного поля скоростей перемещения, членам которого соответствуют минимальные значения мощностей, то есть к реализации первого экстремального принципа. Следует отметить, что данный метод относится к прямым численным методам решения вариационных задач, и применим к решению задач для функций любого числа переменных. Этот подход дает возможность строить решения при помощи не очень гладких локализованных функций.

Метод конечных элементов впервые был применен Маркалом П. и Кингом И. для решения упругопластических задач. Учет контактных

взаимодействий заготовки и инструмента учитывается с использованием различных моделей. Суть метода заключается в разбиении тела на отдельные элементы, соединенные в узловых точках. Для каждого элемента решается полная система матричных уравнений механики сплошных сред, опосредованная нелинейным функционалом, для которого одним из методов оптимизации (линейное программирование, метод штрафных функций) отыскиваются решения, приводящие невязку к нулю. Метод позволяет получать все характеристики напряженно-деформированного состояния, границы упругой и пластической областей, перемещения и т. д.; удовлетворительно работает при решении задач пластического формоизменения осесимметричных заготовок и плоских задач. Решение задач в пространственной постановке (особенно при значительных размерах заготовки и при больших конечных деформациях) зачастую приводит процесс вычисления к расходимости. Реализуется метод лишь на мощных ЭВМ, обладающих значительным быстродействием и ресурсами памяти.

Вариационные методы выгодно отличается от широко распространенного методов точностью получаемых результатов, однако вследствие громоздкости расчетов их активное практическое применение стало возможным лишь сравнительно недавно в связи с широким распространением ЭВМ.

Обзор технологии и теории показал, что при анализе процессов вытяжки цилиндрических деталей в основном учитываются начальные механические свойства материала и недостаточно изученными остаются вопросы пластической неоднородности и деформационной повреждаемости существенно влияющие на силовые режимы и предельные возможности формоизменения. Актуальность их решения усиливается современным кинетическим подходом к оценке прочности изделий получаемых методами пластического формоизменения. Поэтому разработка усовершенствованного метода анализа деформирования конструкционных материалов с учетом пластической дилатансии, позволяющей рассчитывать шаровые напряжения и прогнозировать опасность разрушения, является актуальной.

На основе проведенного обзора поставлена научно-технологическая задача диссертационного исследования, состоящая в анализе процесса вытяжки с утонением цилиндрических деталей с прогнозированием деформационной повреждаемости материала

1.4. Основные выводы и постановка задач исследования

Для достижения указанной цели в работе сформулированы следующие задачи исследования:

1. Установить определяющие соотношения для анализа осесимметричного пластического течения процессов вытяжки с утонением из дилатирующего материала.

2. Разработать пакет прикладных программ для расчета силовых параметров, распределения деформаций, напряжений и деформационной повреждаемости в процессах вытяжки с утонением цилиндрических деталей из дилатирующего материала.

3. Выполнить теоретические исследования процесса вытяжки с утонением цилиндрических заготовок из дилатирующего материала с определением силовых режимов, полным анализом напряжено-деформированного состояния и деформационной повреждаемости.

4. Установить зависимости влияния технологических параметров на кинематику течения материала, напряженное и деформированное состояния заготовки, силовые режимы, повреждаемость материала и предельные возможности исследуемого технологического процесса.

5. Разработать рекомендации по проектированию технологических параметров процесса вытяжки с утонением цилиндрических заготовок из дилатирующего материала, обеспечивающих прогнозирование деформационной повреждаемости и связанных с ней эксплуатационных свойств.

2. ВЫТЯЖКА С УТОНЕНИЕМ КОРПУСА ОГНЕТУШИТЕЛЯ

В настоящее время многие детали машин и аппаратов эксплуатируются в жестких режимах и испытывают интенсивные силовые нагрузки, тепловые воздействия, высокие давления. Поэтому к технологии их изготовления предъявляются повышенные требования к качеству. В связи с этим многие сложные вопросы анализа, проектирования и разработка теории и технологии, повышающие эффективность процессов обработки металлов давлением требуют использования научных достижений, как теории пластичности, так и механики деформационной повреждаемости и является актуальной научно-технической задачей. Следует также отметить, что решение этой задачи требует детального учета локальных свойств обрабатываемого материала, связанных с неоднородным распределением напряжений, скоростей, деформаций и пластической дилатансии, что можно достичь использованием современных численных методов решения [13, 28, 76, 86, 94, 97, 100, 101, 106, 107].

2.1. Основные соотношения для осесимметричного пластического течения дилатирующих материалов

Рассмотрим подход для решения задач осесимметричного пластического течения с учетом дилатансии материала [28, 44, 46, 76, 84, 86, 88, 91, 97, 107]. Пусть ось симметрии деформируемого тела вращения совпадает с осью г цилиндрической системы координат г, в, г. При этом компоненты напряжения и смещения не зависят от полярного угла 0. В этом случае отсутствует составляющая скорости Уд и компоненты напряжений и г^ равны нулю. Деформируемое тело принимаем изотропным, жесткопластическим, дилатирующим в результате роста микропор. Перемещение инструмента при вытяжке происходит параллельно оси г. Задача при этом является осесимметричной, со следующими отличными от нуля компонентами вектора

скорости перемещения и, и тензоров скорости деформации

ег, ¿о, £г,уг2 Ф О и напряжения сгг, сгд,<У2, тГ2 Ф 0.

Силы инерции и массовые силы считаем пренебрежимо малыми по сравнению с силами, вызывающими пластическое течение металла. Пластическое течение рассматриваемого тела независимо от условия пластичности должно удовлетворять дифференциальным уравнениям равновесия сплошной среды в напряжениях:

дсг,. о г ст. - а,

-'- + —^ + ^-£

дг дг г

\

= 0;

дг г

д(7г

дг

= 0;

(2.1)

уравнению неразрывности

до и дн> +

др др + о— + XV—= 0, дг дг

дг г дг

где р- плотность среды, р = /?о(ехр- е); р§ £- объемная деформация (дилатансия ), е = £ - скорость дилатансии;

(2.2)

начальная плотность;

г

- время.

Напряженное состояние в любой точке сплошной среды определяется

симметричным тензором напряжений:

г

Та =

стг 0 7Г2

0 0

0 <*2

Соответственно девиатор напряжений:

Ах =

аг - а О

V

о

(70-Сг

О

о

<т2 -сгу

где сг - среднее напряжение, определяемое как:

а> +<Т0+(Т2

<7 =

(2.3)

Интенсивность касательных напряжений определяется выражением

1

-ч/б

(о> -(7в)2 + (сг0 -ст2)2 + (а2 -аг)2+ 6т2г .

(2.4)

Деформация каждой точки сплошной среды характеризуется тензором деформаций:

Т -1 £

0 2 Угг

0 £в 0

Угг 0

V 2

Его компоненты определяются выражениями:

дг

£9

8 2 ~ & '

(2.5)

& дг

Дилатансия определяется линейным инвариантом тензора деформации -дилатансия (относительное изменение объема)

е=1\(т)е=£г+е&+Ь (2.6)

Скорость деформации в любой точке сплошной среды определяется тензором скоростей деформаций:

Заключение диссертации по теме «Технологии и машины обработки давлением», Чан Дык Хоан

4.7. Основные результаты и выводы

1. Разработана усовершенствованная методика проектирования технологии, изготовления корпуса огнетушителя ОУ-5 из кружка, на базе многооперационной вытяжки. Новизной методики является возможность прогнозирования силовых и деформационной повреждаемости прогнозирование эксплуатационных характеристик, на основе разработки научно обоснованных режимов технологических процессов при рациональном выборе заготовки.

2. На основе предложенной методики разработан технологический процесс изготовления корпуса огнетушителя ОУ-5.

3. Технико-экономическая эффективность предлагаемого технологического процесса связана с повышением прочности и качества изготавливаемых изделий, за счет уменьшения деформационной повреждаемости и снижениям трудоемкости изготовления на 9%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе решена актуальная научная задача, имеющая важное хозяйственное значение для отраслей машиностроения и состоящая в интенсификации процессов вытяжки с утонением стенки цилиндрических заготовок в многооперационной технологии и повышении качества готовых изделий путем использования эффекта пластической дилатансии, обеспечивающего возможность прогнозирования деформационной повреждаемости и формирования механических свойств материала.

В процессе теоретического и экспериментального исследований процесса вытяжки с утонением стенки цилиндрических заготовок получены следующие основные результаты и сделаны выводы:

1. Установлены определяющие соотношения и уравнения для анализа осесимметричного пластического течения дилатирующего материала в процессах вытяжки с утонением, позволяющие методом локальных вариаций определить кинематику, напряженно-деформированное состояние, мощность и силу пластической деформации, оценить деформационную повреждаемость и формируемые механические свойства.

2. Выполнен теоретический расчет процесса вытяжки с утонением цилиндрических заготовок из дилатирующего материала с определением силовых режимов, анализом напряжено-деформированного состояния и прогнозированием деформационной повреждаемости металла и получаемых механических свойств.

3. Проведено компьютерное моделирование процесса вытяжки с утонением, позволившее установить влияние технологических параметров, степени деформации вытяжки, угла конусности матрицы, коэффициентов трения на заготовке и инструменте на повреждаемость материала.

Наибольшее влияние на деформационную повреждаемость детали оказывает степень деформации вытяжки при изменении ц/ = 0,27.0,57, тогда со увеличивается на величину 0,29.

Выявлено, что повреждаемость материала неравномерно распределяется по толщине стенок детали. Наибольшая величина повреждаемости сот.Лч= 0,23 в слоях на контакте с инструментами.

При вытяжке с утонением стенки толстостенных заготовок установлены оптимальные углы конусности матрицы: для малых степеней деформации -8. 14°; для больших степеней деформации - 14. 18°. Им соответствует наименьшая величина технологической силы.

Оптимальным является выбор различных коэффициентов трения на матрице и пуансоне: ¡лм -0,03;/лп =0,07

4. Разработан пакет прикладных программ для расчета силовых параметров, распределения деформаций, напряжений, деформационной повреждаемости в процессах вытяжки с утонением цилиндрических заготовок из дилатирующего материала, позволяющий уменьшить время проведения технологических расчетов и сократить сроки освоения выпуска продукции.

5. Разработаны рекомендации по проектированию технологических процессов изготовления цилиндрических заготовок вытяжкой с утонением стенки. Спроектирован технологический процесс изготовления корпуса огнетушителя многооперационной вытяжкой с утонением. Технико-экономическая эффективность предлагаемого технологического процесса связана с повышением прочности и качества изготавливаемых изделий за счет уменьшения деформационной повреждаемости и снижения трудоемкости изготовления на 9 %.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Чан Дык Хоан, 2013 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ источников

1. Аверкиев Ю.А., Аверкиев А.Ю. Технология холодной штамповки: Учсбн. для вузов. - М.: Машиностроение, 1989. - 304 с.

2. Агеев Н.П., Данилин Г.А., Огородников В.П. Вытяжка в штампах полых тонкостенных деталей машино- и приборостроения. В 2 частях. 4.1. Механические основы процесса вытяжки. Тверь.: Изд-во ГЕРС., 1997. - 336 с.

3. Агеев Н.П., Данилин Г.А., Огородников В.П. Вытяжка в штампах полых тонкостенных деталей машинах приборостроения. В 2 частях. 4.2. Проектирование технологических процессов. Тверь.: Изд-во ГЕРС., 1998.-257 с.

4. Агеев Н.П., Данилин Г.А., Огородников В.П. Технология производства патронов стрелкового оружия. Часть 1. Технологические основы проектирования патронов. Балт. гос. техн. ун-т. - СПБ., 2005. - 352 с.

5. Агеев Н.П., Данилин Г.А., Огородников В.П. Технология производства патронов стрелкового оружия. Часть 2. Процессы штамповки. Балт. гос. техн. ун-т. - СПБ., 2006. - 533 с.

6. Агеев Н.П., Данилин Г.А., Огородников В.П. Технология производства патронов стрелкового оружия. Часть 3. Обработка резанием, термическая и химическая обработка, сборка. Проектирование технологических процессов. Балт. гос. техн. ун-т. - СПБ., 2006. - 220 с.

7. Ахундов М.Б. Механизм деформирования и рассеянного разрушения композитных структур // Изв. АН СССР. Механика деформируемого тела. - 1991. - №4. - С. 173-179.

8. Березин A.B. Влияние поврежденности на деформационные и прочностные характеристики твердых тел / Под ред. Р.И. Непершина. - AM СССР, ин-т машиноведения. - М.: Наука, 1990. - 134 с.

9. Богатов A.A. Остаточные напряжения и разрушение металл // КШП ОМД. 2007. № 10. С. 27-34.

10. Богатов A.A., Механические свойства и модели разрушения металлов. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2002. 329 с.

11. Богатов A.A., Мижирицкий О.И., Шишминцев В.Ф. и др. Исследование пластичности металлов под гидростатическим давлением -ФММ, 1978, т.45,№5, с. 1089-1093.

12. Богатов A.A., Мижирицкий О.И., Смирнов СВ. Ресурс пластичности металлов при обработке давлением.- М.: Металлургия, 1984.-е. 144.

13. Болотин В.В. Ресурс машин и конструкций. - М.: Машиностроение, 1990.-448 с.

14. Броек Д. Основы механики разрушения. - М.: Высшая школа, 1980.

368с.

15. Валиев С.А. К методике проектирования рабочих частей штампов для комбинированной вытяжки. // Прогрессивная технология глубокой вытяжки листовых материалов. Тула: Приокское книжное издательство, 1968. с.137-148.

16. Валиев С.А. Комбинированная глубокая вытяжка листовых материалов. -М.: Машиностроение, 1973. - с. 176.

17. Васидзу К. Вариационные методы в теории упругости и пластичности / К. Васидзу. - М.: Мир, 1987. - 542 с.

18. Галлагер Р. Метод конечных элементов / Р. Галлагер. - М.: Мир, 1984.-428 с.

19. Гельфонд В.Л. Анализ некоторых факторов технологических процессов получения точных изделий вытяжкой с утонением.// Исследования в области пластической обработки металлов давлением. - Тула: ТПИ. - 1977. -с.45-52.

20. ГОСТ 803-81: Прокат полосовой горячекатаный для плакирования из углеродистой качественной и высококачественной стали ТУ.

21. Грудев А.П., Зильберг Ю.В., Тилик В.Т. Трение и смазки при обработке металлов давлением: Справочник. М.: Металлургия, 1982, 312 с.

22. Губкин С.И. Теория обработки металлов давлением. М.: Металургиздат, 1947. 238с.

23. Губкин СИ. Пластическая деформация металлов. - М.: Металлургиздат, 1961 .-0,316.

24. Данилин Г.А., Огородников В.П. Теория и расчеты процессов комбинированного пластического формоизменения. СПб.: Балт. гос. техн. ун-т., 2004. 304 с.

25. Джонсон К. Механика контактного взаимодействия / К. Джонсон. -М.: Мир, 1989.-510 с.

26. Дзугутов М.Я. Пластичность, ее прогнозирование и использование при обработке металлов давлением. - М.: Металлургия, 1984. - 64 с.

27. Екобори Т. Физика и механика разрушения и прочности твердых тел. - М.: Металлургия, 1971. - 264 с.

28. Журавлев Андрей Геннадиевич. Холодное выдавливание цилиндрических заготовок из дилатирующего материала : диссертация ... кандидата технических наук : 05.03.05 / Журавлев Андрей Геннадиевич; [Место защиты: Тул. гос. ун-т].- Тула, 2009.- 111с.

29. Зайков М.А., Перетятько В.Н. Известия вузов. Черная металлургия, 1959. №8.-с. 75.

30. Зайков М.А., Перетятько В.Н. Известия вузов. Черная металлургия, 1965.№10.-с.90.

31. Ильюшин A.A. Пластичность. - М.: Изд-во АН СССР, 1963. - с. 207.

32. Качанов JI. М. Основы теории пластичности / JI. М. Качанов. — М.: Наука, 1969.-420 с.

33. Качанов Л.М. Основы механики разрушения. - М.: Наука, 1974. -

312с.

34. Ковка и штамповка. Справочник. Т. 4. Листовая штамповка. - Под ред. П.И. Семенова. - 1987. - 544 с.

35. Колмогоров В.Л. Краевые задачи обработки металлов давлением, их решение вариационными методами и некоторые математические модели. Препринт. - Свердловск: Уральское отделение АН СССР. 1990. - 46 с.

36. Колмогоров B.JI. Механика обработки металлов давлением. -Екатеринбург: Уральский государственный технический университет, 2001. -836 с.

37. Колмогоров B.JI. Напряжения, деформации, разрушение. - М.: Металлургия, 1970. - 229 с.

38. Колмогоров B.JI. Феноменологическая модель накопления повреждений и разрушения при различных условиях нагружен ия / В.Л.Колмогоров, Б.А. Мигачев, В.Г. Бурдуковский. - Екатеринбург: УрОРАН, 1994.-104 с.

39. Колмогоров В.Л., Богатов A.A., Мигачев Б.А. и др. Пластичность и разрушение. - М.: Металлургия, 1977,- 336 с.

40. Кухарь В.Д. Лекции по курсу «Технологическая механика». - Тула, ТГУ. - 1984.

41. Лариков Л.Н. Залечивание дефектов в металлах. - Киев: Наукова думка, 1980. -280 с.

42. Леванов А.Н., Колмогоров В.Л., Буркин С.П., Картак Б.Р., Ашпур Ю.В., Спасский Ю.И. Контактное трение в процессах обработки металлов давлением. М.: Металлургия, 1976, 416 с.

43. Лялин В.М., Гельфонд В.Л., Котляров B.C. Основы проектирования технологических процессов производства элементов: Учебное пособие. - Тула, ТулПИ, 1987,- 100 с.

44. Макаров Э.С., Шелобаев С.И., Гусев И.А. Методы решения осесимметричных технологических задач теории пластичности / Тульск. политехи, ин-т. - Тула, 1981. - 53 е.: ил. - Библиогр.: 26 назв. - Деп. в ВИНИТИ 9.06.81, №3086.

45. Малоотходная ресурсосберегающая технология холодной штамповки. Под ред. Андрейченко В.А., Юдина Л.Г., Яковлева СП. - Кишинев: «Шп'егзказ», 1993.-238 с.

46. Нахайчук В.Г. Определение напряжений в пластической области осесимметрично деформируемых заготовок // Изв. вузов. Машиностроение. -

г

1983. - №8.-С. 28-31.

47. Норенков И.П. Введение в автоматизированное проектирование технических устройств и систем: Учебное пособие для втузов. - М.: Высшая школа, 1980.-311 с.

48. НПБ 155-96 Пожарная техника. Огнетушители переносные. Основные показатели и методы испытаний.

49. Перетятько В.Н., Зайков М.А. Известия вузов. Черная металлургия,

1964.

50. Попов Е.А. Основы теории листовой штамповки. - М.: Машиностроение, 1977.-278 с.

51. Попов Е.А. Технология и автоматизация листовой штамповки / Е.А. Попов, В.Г. Ковалев, И.Н. Шубин. - М: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000. -480 с.

52. Работнов Ю.Н. Механика деформируемого твердого тела. - М.: Наука, 1979, _744 с.

53. Разрушение. Том 3. Под ред. Любовца. Перевод с англ. - М.: Мир, 1976.-797 с.

54. Ректорис К. Вариационные методы в математической физике и технике / К. Ректорис. - М.: Мир, 1985. - 590 с.

55. Ренне И.П. Новый метод решения смешанной краевой задачи при плоских контактных границах, Сб. Технология машиностроения, вып.1. Исследования в области пластических деформаций и обработки металлов давлением. - Тула: ТПИ, ТНИТИ, 1967.

56. Ренне И.П. Теория конечных деформаций и экспериментальных методов исследования деформированного состояния. Тула: ТулПИ, 1985.76 с.

57. Ренне И.П., Кузнецов В.П., Иванова Э.А. Неравномерность деформации и механических свойств по толщине стенки при вытяжке с утонением.//КШП, №7, 1969.

58. Ренне И.П., Рогожин В.Н., Кузнецов В.П., Тутышкин Н.Д. Вытяжка с утонением стенки. - Тула: ТПИ, 1970.-141 с.

59. Ренне И.П., Чупеев Н.И. Устойчивость процесса вытяжки с утонением.// Известия вузов. Машиностроение, 1987. №6. - с. 112-116.

60. Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. - JI.: Машиностроение, 1979.-520 с.

61. Рудман JL И. Наладка прессов для листовой штамповки: справочник / JI. И. Рудман. - М.: Машиностроение, 1980. - 219 с.

62. Рыбин. Большие пластические деформации и разрушение металлов. -М.: Металлургия, 1986.-224 с.

63. Сегал В.М. Технологические задачи теории пластичности - .Мн.: Наука и техника, 1977. - 256 с.

64. Седов Л.И. Механика сплошной среды. T. I. - М.: Наука, 1970. - 492

с.

65. Скуднов В.А., Соколов Л.Д. Теория пластической деформации. Тезисы докладов в области научно технической конференции. - Горький, 1964. -с. 53.

66. Смирнов-Аляев Г.А. Новый метод аналитической аппроксимации экспериментальной зависимости напряженного состояния металлов от степени деформации // Вопросы прочности, пластичности и технологии обработки металлов давлением: Сб. тр. - Л.: Ленинградск. механ. ин-т, 1966. - №54. - С. 412.

67. Смирнов-Аляев Г.А. Сопротивление материалов пластическому деформированию. 3-е издание, перераб. и доп. - Л.: Машиностроение, 1978. -368 с.

68. Смирнов-Аляев Г.А., Розенберг В.М. Теория пластических деформаций металлов. Машгиз, 1956.

69. Собурь C.B. Огнетушители: Справочник. - 3-е изд., доп. (с изм.). -М.: Пожкнига, 2004. - 96 е., ил. (Пожарная безопасность предприятия). ISBN.

70. Соколов Л.Д., Скуднов В.А. Закономерности пластичности металлов. -М.: ООНТИВИЛС, 1980.- 130 с.

71. Справочник конструктора штампов: Листовая штамповка / под общ. ред. Л. И. Рудмана. - М.: Машиностроение, 1988. - 496 с.

72. Справочник по коэффициентам интенсивности напряжений / Ю. Ито, Ю. Мураками, Н. Хасебэ и др. - Под ред. Ю. Мураками. - М.: Мир, 1990. -2 т.

73. Справочник технолога машиностроителя. Т. 2. Под ред. А.Г. Косиловой, Р.К. Мещерякова. - М.: Машиностроение, 1985. - 496 с.

74. Сторожев М. В. Теория обработки металлов давлением: учебник для вузов / М. В. Сторожев, Е. А. Попов. - 4-е изд., перераб., доп. - М.: Машиностроение, 1977. -423 с.

75. Сторожев М.В., Доброхоров В.П. Усилие холодной вытяжки цилиндрической заготовки с утонением стенок. // Обработка металлов и сплавов давлением. М.: ВИЛ С, 1965.

76. Технологические основы обеспечения качества машин./ С.К. Колесников, Г.Ф. Баландин, A.M. Дамский и др./ Под ред. С.К. Колесникова. -М.: Машиностроение, 1990. - 256 с.

77. Толоконников Л.А. Механика деформируемого твердого тела. - М.: Высшая школа, 1979. - 320 с.

78. Томленов А.Д. Теория пластического деформирования металлов. -М.: Металлургия, 1972.-408 с.

79. Трегубов В.И. Изготовление баллонов высокого давления из высокопрочных двухсойных материалов вытяжкой. - М: Машиностроение-1, 2003.- 164 с.

80. Трегубов В.И., Тутышкин Н.Д., Шашков В.Ю. Холодная штамповка корпусных осесимметричных деталей; Под ред. Тутышкин Н.Д.; Тул. гос. ун-т. -Тула, 2004. -218 с.

81. Третьяков А.В., Зюзин В.И. Механические свойства металлов и сплавов при обработке давлением: Справочник. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Металлургия, 1973. - 224 с.

82. Труханов В.М. Методы обеспечения надежности изделий машиностроения. - М.: Машиностроение, 1995. - 302 с.

83. Тутышкин Н.Д. Анализ высокоскоростной объемной штамповки изделий с прогнозируемыми свойствами // Исслед. в обл. теории, технологии и оборудования штампов производства. - Тула: Тульский гос. ун-т, 1995. - С. 3138.

84. Тутышкин Н.Д. Анализ формообразования осесимметричных оболочек с криволинейной образующей.// Исследования в области теории, технологии и оборудования штамповочного производства. - Тула: ТПИ, 1991. -с. 40-49.

85. Тутышкин Н.Д. Анализ холодной объемной штамповки осесимметричных изделий с прогнозируемыми механическими и структурными характеристиками//Изв. вузов. Машиностроение. - 1993. - С.113-117.

86. Тутышкин Н.Д. Лекции по курсу «Основы технологий изготовления изделий обработкой давлением с высокими эксплуатационными свойствами», -Тула: ТГУ, 1997.

87. Тутышкин Н.Д. Лекции по курсу «Технологическая механика». -Тула: ТГУ, 1997.

88. Тутышкин Н.Д. Построение характеристической формы уравнений пластического течения для решения осесимметричных задач / Тульск. политехи, ин-т. - Тула, 1984. - 12 е.: ил. - Библиогр.: 5 назв. - Деп. в ВИНИТИ 23.03.84, № 1624.

89. Тутышкин Н.Д. Прогнозирование структурных свойств обрабатываемых давлением изделий // Исслед. в обл. теории, технологии и оборудования штампового производства: Мезвуз. сб. ст. - Тула: Тульск. политехи, ин-т, 1992. - С. 20-26.

90. Тутышкин Н.Д., Гвоздев А.Е., Трегубов В.И., Полтавец Ю.В., Селедкин В.М., Пустовгар A.C. Комплексные задачи теории пластичности. -Тула.: Тульский государственный ун-т, 2001. - 377с.

91. Тутышкин Н.Д., Зимин Е.Е., Токарева О.В. Автоматизированное проектирование операций вытяжки осесимметричных корпусных изделий // Кузнечно-штамповочное производство. - 1992,-№6.-С. 16- 19.

92. Тутышкин Н.Д., Трегубов В.И. Технологическая механика: Учебное пособие. - Тула: Тул. гос. ун-т, 2000. - 196 с.

93. Унксов Е. П. Теория пластических деформаций металлов / Е. П. Унксов, А. Г. Овчинников. - М.: Машиностроение, 1983. - 364 с.

94. Филоненко-Бородич М.М. Механические теории прочности. Курс лекций. -М: Изд-воМГУ, 1961.

95. Фролович E.H. Комплексность технологии при автоматизации производства на основе роторных и роторно-конвейерных линий.//КШП. -1986. №11.

96. Хилл Р. Математическая теория пластичности. Пер. с англ. - М.: ГИТТЛ, 1956.-407 с.

97. Чан Дык Хоан, Журавлев Г.М. Подход к решению задач пластического формоизменения деталей из дилатирующих материалов // Известия ТулГУ. Серия. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2011. - Вып. 6. часть 2-С. 301-309.

98. Чан Дык Хоан, Журавлев Г.М. Технология изготовления корпуса огнетушителя из листового металла вытяжкой // Известия ТулГУ. Серия. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2011. - Вып. 6. часть 2 - С. 310-318.

99. Чан Дык Хоан, Тутышкин Н.Д. Кинетический подход к анализу деформационной повреждаемости металлов // lV-ямагистерская научно-техническая конференция Тульского государственного университета: Сборник докладов / Под общей редакцией д-ра техн. наук, проф. Ддыкина Е.А. - Тула: Изд-во ТулГУ, 2009 г., С. 281-283.

100. Чан Дык Хоан, Тутышкин Н.Д. Компьютерное моделирование процесса вытяжки // Техника XXI века глазами молодых ученых и специалистов: Материалы докладов всероссийской НТК студентов, магистрантов, аспирантов и молодых ученых. - Тула: Изд-во ТулГУ, 2009 г., С. 161-166.

101. Чан Дык Хоан. Методика расчета поврежденности деформируемого материала // V-я магистерская научно - техническая конференция: доклады статьей часть первая/ под ред. Ядыкин Е.А. - ТулГУ. Тула 2010 г. С. 63-64.

102. Чан Дык Хоан. Методика расчета процесса вытяжки с утонением стенки цилиндрического полуфабриката // Техника XXI века глазами молодых ученых и специалистов: Материалы докладов всероссийской НТК студентов, магистрантов, аспирантов и молодых ученых. - Тула: Изд-во ТулГУ, 2012 г., С. 330-335.

103. Чан Дык Хоан. Расчет повреждаемости на вытяжных операциях // Известия ТулГУ. Серия. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2012. - Вып. 4.-С. 111-120.

104. Чан Дык Хоан. Расчет энергосиловых параметров процесса вытяжки с утонением стенки // Известия ТулГУ. Серия. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2012. - Вып. 4. — С. 102-111.

105. Черноусько Ф.Л., Баннчук Н.В. Вариационные задачи механике и управления (Численные методы). М.: «Наука», 1973. 240 с.

106. Шехтер P.C. Вариационный метод в инженерных расчетах. Перевод с англ. Скаржинский В.Д.; Под ред. Плешанов A.C.; М.: «Мир», 1971. 290 с.

107. Шилд. P.O. О пластическом течении металлов в условиях осевой симметрии // Механика: Сб. переводов и обзоров иностранн. период, лит-ры. -1957. -№!.- С. 102-122.

108. Шофман Л. А. Теория и расчеты процессов холодной штамповки / Л. А. Шофман-М.: Машиностроение, 1964.-375 с.

109. Яковлев С.П., Голенков В.А., Головин С.А., Яковлев С.С., Кухарь В.Д. Теория обработки металлов давлением. - М.: Машиностроение, 2009. -442 с.

110. Яковлев СП., Яковлев С.С, Андрейченко В.А. Обработка давлением анизотропных материалов. - Кишинев: Квант, 1997. -331 с.

111. Dung N.L. Plasticity theory of ductile fracture by void growth and coalescence. -Forsch. Ingenieurw. - 1992. -V.58. - № 5. - 135p.

112. J. F 1 u h r e r, Deform 3D User's Manual Version 6.0, Scientific Forming Technologies Corporation, Columbus, OH (2006).

113. Jonson W., Mellor P. Plasticity for mechanical engineers. London. 1962,

332 c.

114. Kobayashi, S., Oh, S.I. and Altan T. Metalforming and the Finite-Element Method. Oxford University Press. 1989.

115. Oxley P.L.B. Allowing for strain rate effects in the analysis of metal working processes // Mech. Properties High Rates Strain. Proc. Conf. - Oxford, 1974. -P.359-381.

116. The effects of triaxial stress on void growth and yield eguations of power - hardening porous materials / Kong X., Zhao H., Holland D., Dahl W. // Steel Res. -1992.-T. 63. - №3. - C. 120-125.

117. Thompson A.W. Fractography and its role in fracture interpretation // Fatigue and Fract. Eng. Mater, and Struct. - 1996. - Т. 19. - №11. - С. 1307-1316.

118. Zienkiewicz, O.C. and Taylor, R.L. The Finite Element Method. McGraw-Hill. 1989.

119. M. Kukuryk. Analysis of deformation and damage evolution in hot elongation forging. Archives of metallurgy and materials. Volume 57. Issue 2. 2012.