Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Оптимальное проектирование технологических процессов изготовления методами холодной объемной штамповки деталей с повышенными эксплуатационными свойствами

Диссертация: Оптимальное проектирование технологических процессов изготовления методами холодной объемной штамповки деталей с повышенными эксплуатационными свойствами
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Проведенный анализ литературных сведений показал, что повышение эффективности технологии холодной штамповки труднодеформируемых материалов со специальными свойствами связано с решением комплексной задачи повышения технологической деформируемости заготовок за счет использования разупрочняющей термической обработки и управления кинематикой течения материала на формообразующих операциях. Показано… Читать ещё >

Оптимальное проектирование технологических процессов изготовления методами холодной объемной штамповки деталей с повышенными эксплуатационными свойствами (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Содержание

  • Глава 1. Особенности и перспективы совершенствования методов проектирования технологии в холодноштамповочном производстве
    • 1. 1. Особенности и перспективы развития технологии
    • 1. 2. Структура технологического процесса холодной штамповки
    • 1. 3. Проблемы и пути совершенствования традиционного проектирования
    • 1. 4. Состояние научной базы построения моделей процессов холодной штамповки
  • Цель и задачи исследования
  • Глава 2. Разработка методики проектирования технологии холодной штамповки труднодеформируемых материалов
    • 2. 1. Разработка методики оптимального проектирования технологии холодной штамповки труднодеформируемых материалов
    • 2. 2. Математические модели технологических процессов холодной штамповки
    • 2. 3. Требования, предъявляемые к математическим моделям и их оценка
    • 2. 4. Модели качества заготовок и напряженно-деформированного состояния. Реологические модели
    • 2. 5. Модели состояния материала в процессе обработки
  • Выводы
  • Глава 3. Моделирование параметров качества заготовки методом конечных элементов
    • 3. 1. Основные уравнения. Методика расчета НДС
    • 3. 2. Конечно-элементная дискретизация расчетной области
    • 3. 3. Особенности реализации алгоритма
    • 3. 4. Оценка точности расчета параметров НДС
  • Выводы
  • Глава 4. Экспериментальная проверка параметров качества заготовки
    • 4. 1. Методологические аспекты экспериментально-теоретического определения параметров НДС
    • 4. 2. Методика расчета компонентов деформации
    • 4. 3. Методика расчета компонентов напряжений
  • Выводы
  • Глава 5. Оптимальное проектирование технологии холодной штамповки труднодеформируемых материалов
    • 5. 1. Методика оптимального проектирования
    • 5. 2. Параметрическая оптимизация технологических параметров формоизменяющих переходов
    • 5. 3. Примеры использования оптимального параметрического синтеза процессов холодной объемной штамповки

Широкое применение в приборои машиностроении находят полые цилиндрические детали с фланцем, изготовляемые из материалов с повышенными эксплуатационными свойствами, к числу которых следует отнести алюминиевые сплавы Д16, АМгб, АК5, В95, медные сплавы типа ЛС59−1, БрАМц9−2, БрБ2, БрКН1−3, БрКМцЗ-1, низколегированные стали типа 12ХНЗА, 16ХСН, 38ХГНМ, 40Х, 40ХН и др. Основной технологией получения указанных деталей является резание, что приводит к их высокой себестоимости и трудоемкости. Кроме того, при резании происходит перерезание волокон металла, что снижает их эксплуатационные свойства.

Одним из путей совершенствования технологии изготовления деталей из материалов с повышенными эксплуатационными свойствами, является использование операций холодной объёмной штамповки. Изготовление изделий холодной штамповкой позволяет существенно снизить себестоимость изделий, улучшить эксплуатационные свойства и повысить качество. Однако, применению холодной штамповки препятствует низкая технологическая деформируемость заготовок.

Повышение технологической деформируемости заготовок — комплексная задача, связанная с анализом маршрутного технологического процесса, совершенствованием разупрочняющей термической обработки исходного материала, рациональным использованием промежуточных отжигов, управление кинематикой течения материала на формообразующих операциях.

Решение данной задачи возможно в рамках создания системы оптимального проектирования технологии изготовления деталей из материалов с повышенными эксплуатационными свойствами, учитывающей изменение технологической деформируемости заготовок на всех этапах маршрутного технологического процесса.

Одним из наиболее эффективных и, в настоящее время мало используемых, способов повышения технологической деформируемости является управление кинематикой течения материала с целью обеспечения протекания процесса в заданном интервале показателей напряженного состояния. Варьируемыми параметрами в этом случае являются параметры геометрии заготовки, полученной на предыдущем технологическом переходе.

Таким образом, оптимальный подбор формы и размеров заготовок на переходах позволяет существенно повысить технологическую деформируемость заготовок из материалов с повышенными эксплуатационными свойствами и расширить технологические возможности холодной штамповки. Решение поставленных задач требует наличие адекватных математических моделей, позволяющих исследовать влияние предварительной формы заготовки на технологическую деформируемость на основных операциях холодной штамповки.

Известные компьютерные модели рассчитываемых процессов не учитывали ряд важных особенностей штамповки материалов с повышенными эксплуатационными свойствами и не позволяют решать задачи оптимального проектирования.

Кроме того, слабо разработаны методы оценки надежности, точности и адекватности моделей процессов изготовления деталей из материалов с повышенными эксплуатационными свойствами методами холодной объемной штамповки, без чего невозможно решать задачи оптимизации. Решению данных проблем и посвящена данная диссертационная работа, чем и определяется её актуальность.

Работа выполнялась в соответствии с :

— государственной научно-технической программой «Университеты России», НИР № М18−6513 «Физико-механическое моделирование процессов конечного формоизменения"(1997;2000гг.).

— государственной научно-технической программой «Производственные технологии», НИР № М-18−3204 «Разработка основ вычислительной технологической механики"(2000;2003гг.).

Целью работы явлалась разработка и совершенствование методов оптимального проектирования технологических процессов изготовления методами холодной объёмной штамповки деталей с повышенными эксплуатационными свойствами.

Диссертация состоит из пяти глав. В первой главе дан краткий обзор состояния и перспектив развития технологии холодной объемной штамповки трудно деформируемых материалов. Проанализированы основные направления повышения технологической деформируемости заготовок.

Во второй главе разработана методология оптимального проектирования технологии холодной штамповки трудно деформируемых материалов. Сформулированы основные этапы проектирования технологии.

В третьей главе разработана методика расчета параметров качества заготовки в процессах холодной объемной штамповки методом конечных элементов.

В четвертой главе разработан экспериментально-теоретический метод определения качества заготовки на основе метода делителя сеток.

В пятой главе разработана система автоматизированного проектирования технологии холодной объемной штамповки труднодеформируемых материалов, включающая экспертно-интеллектуальную систему отработки изделия на технологичность, блок оценки технико-экономической 9 эффективности применения холодной объемной штамповки, блок оптимального проектирования технологии холодной объемной штамповки.

Общие выводы.

1. Проведенный анализ литературных сведений показал, что повышение эффективности технологии холодной штамповки труднодеформируемых материалов со специальными свойствами связано с решением комплексной задачи повышения технологической деформируемости заготовок за счет использования разупрочняющей термической обработки и управления кинематикой течения материала на формообразующих операциях. Показано, что решение этой задачи не может быть осуществлено в рамках традиционной схемы «ручного» проектирования и требует привлечения современных средств вычислительной техники, систем САБ/САМ/САЕ, методов математического моделирования и процедур многокритериальной оптимизации.

2. Успешное применение методов автоматизированного проектирования и систем САГ)/С АМ/САЕ требует развития расчетных процедур и математических моделей, адекватно описывающих процессы штамповки труднодеформируемых материалов. Несмотря на большое количество исследований в области холодной штамповки, в настоящее время отсутствуют надежные и устойчивые математические модели процессов холодной объемной штамповки, позволяющие решать задачи оптимального проектирования. Недостаточно полно рассмотрены методологические вопросы параметрического и структурного синтеза технологии холодной штамповки.

3. В работе предложена методика оптимального проектирования, технологических процессов холодной объемной штамповки, позволяющая повышать технологическую деформируемость заготовок за счет подбора ее формы на промежуточных переходах. Реализована процедура оптимального параметрического синтеза геометрических параметров заготовки на технологических переходах.

4. Предложена система математических моделей процессов холодной объемной штамповки, позволяющая решать задачи оптимального проектирования. Разаработана методология построения математических моделей, рассмотрены основные этапы моделирования и их особенности. Особое внимание уделено вопросам оценки надежности и устойчивости моделей. Разработаны методики и оценены области эффективного использования априорных и апостериорных оценок. Центральное место в системе моделей занимают модели напряженно-деформированного состояния и состояния материала заготовки.

5. Разработана методика расчета параметров НДС на базе упругопластического анализа МКЭ в процессах холодной объемной штамповки. Особенностью методики является учет точности расчетов. Рассмотрены вопросы точности и устойчивости расчета НДС, получены априорные и апостериорные оценки точности. Показано, что обусловленность разрешающей системы МКЭ определяется в основном механическими свойствами и геометрической неравномерностью. Проведен вычислительный эксперимент по оценке точности расчетов. Установлены границы эффективного использования методики. Разработан алгоритм реализации методики расчета НДС на базе МКЭ с учетом дифференцированного подхода к оценке точности.

6. Разработан новый экспериментально-теоретический метод определения НДС на основе метода делительных сеток, предназначенный для оценки адекватности численных моделей на основе МКЭ и идентификации параметров моделей. Метод основан на сочетании современных методов локальной аппроксимации и численных методов решения систем дифференциальных уравнений второго порядка. Разработан помехозащищенный алгоритм реализации метода на ЭВМ. Разработанный метод существенно снижает трудоемкость экспериментальных исследований и повышает точность определения деформаций и напряжений.

7. Разработана система автоматизированного проектирования технологии холодной объемной штамповки труднодеформируемых материалов, включающая интеллектуально-экспертную систему отработки изделия на технологичность, блок оценки технико-экономической эффективности.

149 холодной объемной штамповки, блок оптимального параметрического синтеза формы заготовок на технологических переходах. Система разработана на базе чертежно-графического редактора «КОМПАС-ГРАФИК 5.8» и системы технологического проектирования «АВТОПРОЕКТ 8.5» АО «АСКОН». Применение разработанной системы позволит существенно повысить эффективность технологической подготовки производства. Приведены примеры использования системы для параметрического синтеза технологии холодной штамповки изделий из материалов сталь 12ХНЗФ и 40Х.

Показать весь текст

Список литературы

  1. А.Г. Основы теории штамповки выдавливанием на прессах. М.: Машиностроение, 1983. — 200 с.
  2. В.А., Митькин А. Н., Резников А. Г. Технология холодной штамповки выдавливанием. М.: Машиностроение, 1970. 152 с.
  3. Холодная объемная штамповка: Справочник/ Под ред. Г. А. Навроцкого, В. А. Головина и А. Ф. Нистратова. М.: Машиностроение, 1973. 496 с.
  4. A.B. Классификация поковок, штампуемых методом выдавливания, и выбор пресса. М.: МДНТП, 1957.
  5. Е.И., Мишунин В. А. Перспективы интенсификации процессов холодного пресеования/ЛСузнечно-штамповочное производство. 1965. № 9. С.1−8.
  6. A.C., Головин В. А. О классификации деталей, получаемых холодной объемной штамповкой/ЯСузнечно-штамповочное производство. 1973. № 9. С.4−9.
  7. С.И., Кирсанов К. А. Одно- и двухстороннее выдавливание деталей с одним стрежневым отростком//Кузнечно-штамповочное производство. 1988. № 5. С.7−9.
  8. JI.B. Прессование стали. М.:Машгиз. 1956. 264 с.
  9. Е.И. Ковка и объемная штамповка. М.: Высшая школа. 1972. -352 с.
  10. Ковка и штамповка. Справочник в 4-х томах/Редсовет: Е. И. Семенов и др. М. Машиностроение, 1987. — т.3. Холодная объемная штамповка/Под ред. Г. А. Новроцкого. 1987. — 384 с.
  11. Влияние разупрочняющей термической обработки на пластичность и деформируемость сталей 40Х и 12ХНЗ А/В .А.Белов, А. А. Богатов, В. А. Головин и др. Автомобильное производство, 1984, № 8. С.67−72.
  12. B.JI. Критерии деформируемости металлов. М. Машиностроение, 1983. С.51−75.
  13. Л.Б. Системное проектирование процессов штамповки. JL: Машиностроение. 1990. 240 с.
  14. K.M., Лясников A.B., Юргенсон Э. Е. Математическое моделирование процессов обработки давлением СПб., БГТУ, 1997. 268 с.
  15. Г. Надежность программного обеспечения. М., Мир, 1980. -360 с.
  16. Л.В., Рябинина И. О. Проектирование на ЭВМ оптимального раскроя заготовок при листовой штамповке. КШП. 1977. № 11, с. 25−28.
  17. Ч.А., Тетерин Г. П. Система автоматизированного проектирования технологии горячей объемной штамповки. М.: Машиностроение. 1987. 224 с.
  18. М.В., Попов Е. А. Теория обработки металлов давлением. М.: Машиностроение. 1977 -423с.
  19. П.И., Горелик С. С., Воронцов В. К. Физические основы пластической деформации. М.: Металлургия. 1982. 584 с.
  20. O.A. Состояние и актуальные проблемы развития теории обработки металлов давлением // Кузнечно-штамповочное производство, 1991. N9. с.2−4.
  21. Г. Э., Дорогобид В. Г. Теория пластичности. М., Металлургия. 1987 -352 с.
  22. Д.Д., Быковцев Г. И. Теория упрочняющегося пластического тела. М.: Наука, 1971. 232 с.
  23. A.A. Пластичность: Основы общей математической теории. М.: Изд-во АН СССР, 1963. 272 с.
  24. P.A. Некоторые вопросы связи напряжений и деформаций при сложном нагружении. // Упругость и неупругость.М.: МГУ. 1971. вып. 1. с. 59−126.
  25. A.A., Ленский B.C. О соотношениях и методах современной теории пластичности // Успехи механики деформируемых сред. М.: Наука, 1975. с.240−255.
  26. A.A. О связи между напряжениями и малыми деформациями в механике сплошных сред // Прикладная математика имеханика. 1954. т.18, вып. 6. с.641−666.
  27. В.И. Разложение функционала напряжений по малому параметру // Вестник МГУ. Сер.1. Математика, механика. 1967. N 2. с.73−80.
  28. Гун Г. Я. Математическое моделирование процессов обработки металлов давлением. М.: Металлургия. 1983. 352 с.
  29. B.C. Современные вопросы и задачи пластичности в теоретическом и прикладном аспектах // Упругость и неупругость. М.: МГУ, 1978. вып. 5. с.65−96.
  30. A.A., Трусов П. В., Няшин Ю. И. Большие упругопластические деформации: Теория, алгоритмы, приложения. М.: Наука. 1986. 232с.
  31. B.C. Большие упругопластические деформации металлов при высоком давлении. Киев: Наукова думка. 1987.-232 с.
  32. Смирное-Аляее Г. А. Сопротивление материалов пластическому деформированию. JI.: Машиностроение. 1978. 307 с.
  33. .Е. Понятие простого процесса при конечных деформациях // Прочность и пластичность. М.: Наука, 1971. с.166−170.
  34. А., Адкинс Дж. Большие упругие деформации и нелинейная механика сплошной среды. М.: Мир, 1965. 455с.
  35. Argyris J.H., Doltsinis J.S. On the natural formulation and analysis of large defomation covpled thermomechanical problems. Comput.Meth. Appl. Mech. And End., 1981, vol.25, N2, p.195−253.
  36. Yantada Y. Nonlinear matrices, their implications and applications in inelastic large deformation analysis. Comput. Meth. Appl. Mech. and End., 1982, vol. 33, N1/3, p. 417−437.
  37. К.Ф. Нелинейная теория упругости в машиностроительных расчетах. Л.: Машиностроение. 1986. 336 с.
  38. А.Н., Самарский A.A. Уравнения математической физики. М.: Наука, 1977. 735 с.
  39. Н.С., Глинер Э. Б., Смирнов ММ. Уравнения в частных производных математической физики. М.: Высшая школа, 1970. 352 с.
  40. A.A. Введение в численные методы. М. 1987.
  41. С.Г. Прямые методы в математической физике. М.: ГТТИД 957 -326 с.
  42. B.JI. Напряжения, Деформации, Разрушение. Металлургия. 1970.- 229 с.
  43. И.Я., Поздеев A.A., Ганаго O.A. и др. Теория обработки металлов давлением. М.: Металлургиздат, 1963. 672 с.
  44. B.JI. Методы алгебры логики в математической физике. Киев: Наукова думка, 1974. 260 с.
  45. Прессование алюминиевых сплавов (математическое моделирование и оптимизация)/ Гун Г. Я., Яковлев В. И., Прудковский Б. А. и др. М.: Металлургия, 1974. 336 с.
  46. Гун Г. Я. Теоретические основы обработки металлов давлением (теория пластичности). М.: Металлургия, 1980. 456 с.
  47. B.JI. Некоторые актуальные задачи теории обработки металлов давлением. М.: ВИЛС, 1979. 124 с.
  48. Применение теории ползучести при обработке металлов давлением/ Поздеев A.A., Тарновский В. И., Еремеев В. И. и др. М.: Металлургия, 1973. -192 с.
  49. JI.M. Основы теории пластичности. М.: Наука, 1970 420 с.
  50. К. Вариационные методы в теории упругости и пластичности. М.:Мир, 1987.-542 с.
  51. М.К., Рябенький B.C. Разностные схемы. М.: Наука, 1977. -439 с.
  52. О. Метод конечных элементов в технике. М.: Мир. 1977. 349с.
  53. К., ТеллесЖ., Вроубел Л. Методы граничных элементов. М.: Мир, 1987. 524 с.
  54. Courant P. Uariaational metthods for the solution of problems of eguilleebbrium and vibration Bull. Amer. Math. Soc., 1943, vol 49, N 1, p. 1−23.
  55. О., Морган К. Конечные элементы и аппроксимация. М.: Мир, 1986.-318 с.
  56. JI. Применение метода конечных элементов. М.: Мир. 1979. 392 с.
  57. Дж. Конечные элементы в нелинейной механике сплошных сред. М.: Мир, 1976. 464 с.
  58. J. Т. Variational inciples in nonlinear cotinium mechanics. Jn: Var. meth. end. Souf — hampton, 1973, vol. 1, p.2/1 — 2/20, 2/105 — 2/108.
  59. Бреббия К, Уокер С. Применение метода граничных элементов в технике. М.: Мир, 1982. 248 с.
  60. П., Баттерфильд Р. Методы граничных элементов в прикладных науках. М.: Мир, 1984. 494 с.
  61. Теория пластических деформаций металлов / Е. П. Унксов, У. Джонсон, B.JI. Колмогоров и др.- Под ред. Е. П. Унксова, А. Г. Овчинникова. М.: Машиностроение, 1983. — 598 с.
  62. И. П. Теоретические основы эксперименмтальных методов исследования деформаций методом сеток. Тула. ТПИ. 1979. 96 с.
  63. В.М., Макушок Е. М., Резников В. И. Исследование пластического формоизменения металлов методом муара. М.: Металлургия, 1974. — 197 с.
  64. Экспериментальные методы механики деформируемых твердых тел (технологические задачи обработки давлением) Воронцов В. К., Полухин П. И., Белевитин В. А., Бринза В. В. М.: Металлургия, 1990. — 480 с.
  65. Экспериментальные методы исследования деформаций и напряжений /Справочное пособие. Киев.: Наукова думка, 1981. — 583 с.
  66. H.A., Кудрин А. Б., Лопухин П. И. Методы исследования процессов обработки металлов давлением. М.: Металлургия, 1977. 312 с.
  67. H.A. Автоматизация экспериментальных исследований. М.: Металлургия, 1983. 256с.
  68. В. Процессы деформации. Пер. с англ. М.: Металлургия, 1977. -288 с.
  69. Ю.Я. Физические основы разрушения стальных конструкций. Киев: Наукова думка. '1981.'- 240 с.
  70. В.Н., Гаврилюк В. Г., Мешков Ю. Я. Прочность и пластичность холоднодеформированной стали. Киев: Наукова думка. 1974. 232 с.
  71. С.А. Стереометрическая металлография. М.: Металлургия. 1976. 272 с.
  72. JI.H. Физические основы прочности и пластичности. М.: МГУ, 1968.-538 с.
  73. А.Х. Теория дислокаций. М. 1969.
  74. А.Х. Дислокация и пластическое течение в кристаллах. М.: Металлургиздат, 1958. 267 с.
  75. ФридепьЖ. Дислокации. М.: Мир, 1967. 643 с.
  76. Г. Синергетика. М.: 1980.
  77. Панин В, Е. у Лахачее В. А., Гриняев Ю. В. Структурные уровни деформации твердых тел. Новосибирск: Наука, 1985.
  78. Синергетика'. Прочность и разрушение металлических материалов/
  79. B.C. Иванова, М.: Наука, 1992. 160 с.
  80. А.И. Системный подход и общая теория систем.-М.:Мысль, 1978. 272 с.
  81. Технология системного моделирования/ Е. Ф. Авращук, А. А. Вавилов,
  82. C.В.Емельянов и др., Под общ.ред. С. В. Емельянова и др. -М.Машиностроение, Берлин: Техник, 1988. 590 с.
  83. Анализ сложных сисем /Под ред. Э.Квейда. М.: Советское радио, 1969. -519с.
  84. О.И. Объективные модели и субъективные решения. М.: Наука, 1987. — 143 с.
  85. . Методы оптимизации: Радио и связь, 1988. 128 с.
  86. С.А. Проблемы принятия решений при нечеткой исходной информации. М.: Наука, 1981.- 208 с.
  87. Г. Анализ решений. Введение в проблемы выбора в условиях неопределенности. М.: Наука, 1977. — 408 с.
  88. Н.П. Диаграмма «oi ?? «- обобщенная феноменологическая модель предельных состояний металла при пластической деформации//Сопротивление материалов пластическому деформированию в
Заполнить форму текущей работой

Сессия? Спокойно!