Разработка методики моделирования процессов горячей штамповки для проектирования технологии производства поковок из конструкционных сталей

• Автор: Широких, Антон Михайлович
• Шифр специальности: 05.16.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 153 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ТИПОВАЯ СХЕМА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ

ПРОИЗВОДСТВА ПОКОВОК, СПОСОБЫ, ОБОРУДОВАНИЕ И МЕТОДЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ГОРЯЧЕЙ ШТАМПОВКИ

1.1 Типовая схема проектирования технологии производства поковок

горячей штамповкой

1.2. Способы и оборудование горячей штамповки

1.3. Программные средства для моделирования процессов горячей 16 штамповки

1.4. Исследование процессов штамповки на основе методов 28 моделирования

1.5. Постановка задачи исследования

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ
ОСЕСИММЕТРИЧНОЙ И ПЛОСКОЙ ШТАМПОВКИ
2.1. Плоская деформация
2.2. Осесимметричная деформация
2.3. Выводы
ГЛАВА 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ШТАМПОВКИ
3.1. Разработка алгоритма и программы расчета траекторий частиц 79 при штамповке
3.2. Физическое моделирование штамповки поковки шестерни
3.3. Разработка программы и расчет инвариантных характеристик 86 напряженно-деформированного состояния при штамповке
3.4. Расчет ресурса пластичности
3.5. Выводы
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ
СТРУКТУРЫ МЕТАЛЛА ПОКОВОК

4.1. Обоснование выбора меры деформации для прогнозирования 107 структуры металла поковок
4.2. Исследование зависимости между интенсивностью деформации 113 сдвига и площадью зерен металла поковок
4.3. Методика прогнозирования структуры металла круглых в плане
4.4. Вычислительный эксперимент по осадке цилиндрических 123 образцов для прогнозирования структуры металла поковок
ГЛАВА 5. МЕТОДИКА МОДЕЛИРОВАНИЯ И ПРИМЕРЫ ЕЕ 131 ПРИМЕНЕНИЯ ДЛЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА ПОКОВОК
поковок
4.5 Выводы

5.1 .Структурная схема методики моделирования
5.2. Моделирование штамповки поковки шестерни
5.3. Моделирование штамповки поковки полуоси 5.4 Выводы
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время горячей штамповкой изготавливают поковки широкой номенклатуры для машиностроения, особенно из конструкционных сталей. Современная тенденция машиностроения - повышение требований к качеству и усложнение формы поковок, получаемых штамповкой, что в свою очередь в условиях жесткой конкуренции современного рынка ставит перед технологическими службами предприятий задачу получения в сжатые сроки поковок сложной формы при жестких допусках на размеры, с заданными свойствами и малой себестоимости. Решение этих задач требует повышения эффективности технологической подготовки производства поковок, что связывают с расширением использования методик компьютерного и физического моделирования на этапах разработки технологии штамповки.
. В мире наблюдается тенденция ко все более широкому внедрению технологий моделирования процессов ОМД в производственный процесс как крупных, так и средних предприятий. Так более 80% крупных, более 75% средних и более 50% мелких машиностроительных компаний США используют моделирование процессов ОМД при разработке технологических процессов. Компьютерное моделирование процессов ОМД используется для прогнозирования заполнения полости штампа, возникновения дефектов, определения усилия деформирования, энергии деформирования. Применение моделирования для технологической подготовки производства в нашей стране в ближайшие годы будет только возрастать.
Целью настоящей работы является разработка методики моделирования процессов горячей штамповки для проектирования технологии производства поковок из конструкционных сталей.
Исследование и моделирование процессов горячей штамповки проведено на основе определения траекторий частиц деформируемого металла аналитически и экспериментально в лабораторных и промышленных условиях.

Решение осесимметричных задач при штамповке методами разработанными для плоских задач возможно, если значением окружной компоненты скорости деформации можно пренебречь. Сравнение процессов плоской и осесимметричной штамповки, приведенные в работах [37, 38, 39, 40] и др., показывают незначительное превышение удельных усилий при плоской деформации над удельными усилиями при осесимметричной деформации. Такие выводы сделаны в работах А.А.Ильюшина, В.Джонсона, Е.Зибеля, В.В.Соколовского, Л.А.Шофмана и др., в которых установлен идентичный характер распределения напряжений при плоской и осесимметричной схемах доштамповки.
Известно, что качественно течение металла в очаге деформации при осесимметричной штамповке идентично течению металла при плоской штамповке, если геометрия плоского сечения и меридианального сечения одинаковы. Однако имеются и различия.
Так, область развитой деформации при осесимметричной штамповке имеет более низкую высоту, чем при плоской штамповке. В работе [39 ] на основе экспериментов получено, что в условиях осесимметричной деформации заполнение полостей в осевой части штампа идет медленнее по сравнению со штамповкой в условиях плоской деформации. Указанное различие уменьшается при заполнении периферийных областей штампа. Максимальная неравномерность деформации, как показано в работах И.Я.Тарновского соответствует области примыкающей к заусенцу. Причем деформация может менять знак. Однако недостаточно исследован вопрос о влиянии соотношения диаметра поковки и толщины заусенца на распределение и величину деформации. В работе [38] наоборот по результатам замеров координатной сетки получено, что деформации сжатия не меняют знак. Одной из причин указанного противоречия может быть несовершенство методики замера деформации в областях с резкой неоднородностью деформированного состояния.
Представленные выше методы исследования как статические (теория линий скольжения, метод нижней оценки и др.), так и кинематические (метод верхней оценки, вариационные методы) ориентированы на анализ состояний, а не