Реферат: Разработка и исследование ресурсосберегающего способа ковки заготовок, обеспечивающего повышение

где g – ускорение свободного падения.

Решение дифференциального уравнения (12) методом Рунге-Кутта с применением результатов предыдущего конечно-элементного моделиро­вания показали, что в начале движения рабочей вставки соотношения v _г /v _в возрастает до некоторого установившегося значения, которое при даль­нейшем движении остается почти постоянной. Таким образом, можно утверждать, что резуль­таты конечно-элементного моде­лиро­вания, получен­ные для постоян­ных зна­чений соотношения v _г /v _в , могут быть исполь­зованы для исследования процесса дефор­мирования рассматриваемым инстру­ментом. Вместе с тем установлено, что при увеличении угла наклона a после дос­тижения некоторой степени высотной деформации проис­ходит резкое увели­чение соотношении v _г /v _в . Это приводит пере­ме­щению рабочей вставки без изме­нения высоты заго­товки, что означает прекращение процесса дефор­мирования заго­тов­ки.

Результаты решения дифференциального уравнения также показали, что на основные показатели процесса деформирования v _г /v _в и e _h в большей степени влияют угол наклона a и коэффициент трения f между рабочей вставкой и верхним бойком. При различных значениях f перемещения рабо­чей вставки по наклонной поверх­ности верхнего бойка, воз­можно начиная с определенного значения a . Однако при меньших значениях a будут низкие значения соотношений v _г /v _в , при которых процесс дефор­мирования заготовок будет близок к осадке, чем сдвигу заготовки. Увеличение a , а также применение смазки на контактной поверх­ности между рабочей вставкой и верхним бойком при одина­ковых значениях угла наклона при­водит к увеличению соотношения v _г /v _в что благоприятно повлияет на раз­вития интенсивных сдвиговых деформации в объеме металла заготовки.

Сравнительный анализ результатов конечно-элементного моделиро­вания процесса деформирования и математического моделирования работы инструмента показывает, что наиболее лучшие показатели процесса дефор­мирования получаются для инструмента с углом наклона a =30° при при­менении смазки на контактной поверхности между рабочей вставкой и верхним бойком. При этих условиях деформирование заготовки осу­ществляе­тся соотношением v _г /v _в =2,2, что лежит в диапазоне 2¸3, реко­мен­дован­ное по результатам конечно-элементного моделирования процесса дефор­мирования. Такое соотношение v _г /v _в обес­печивает более интенсивные сдвиговые деформации, чем при других значениях. Таким образом, исполь­зование приведенного метода мате­мати­ческого моделиро­ва­ния работы инс­тру­­мента совместно с конечно-элемент­ным моде­лиро­­ванием процесса дефор­мирования позволил подобрать рацио­наль­ные параметры и условия работы инструмента, при которых будут обеспечены наилучшие технологические показатели процесса деформирования предлагаемым инструментом.

Как установлено выше, при ковке заготовок предлагаемым инстру­ментом наряду с экс­цен­трич­ностью приложения нагрузки возникает горизон­тальная сила Т , что усложняет условия нагружения узлов кузнечного обо­рудо­вания. Исходя из этого, проведен расчет колонн ковочного пресса, с учетом горизонтальной силы Т . Результаты расчета колонн пресса П-154 с номинальным усилием 12,5 МН показали, что при деформировании заго­товок предлагаемым инструментом даже в наиболее неблаго­приятных слу­чаях нагружения будет исключен выход из строя колонн.

В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ представлены методика и результаты экспери­мен­тальных исследовании в лабораторных условиях процесса дефор­миро­ва­ния и работы инструмента, реализующего интенсивные сдвиговые деформации.

Экспериментальные исследования в лабораторных условиях про­води­лись с использованием образцов из свинцово-сурьмянистого сплава, при соблю­де­нии положении теории подобия и моделирования. Образцы дефор­мировались лабораторной моделью предлагаемого инструмента на гидра­вли­ческом прессе ПСУ-125. Результаты экспериментальных исследо­ваний, полученных в лабо­ратор­ных условиях, использовали для коли­чествен­ной и качественной проверки результатов математического моде­лиро­вания на ЭВМ процесса дефор­­мирования и работы инструмента.

В ходе экспериментов установлено, что экспериментальные значения соотношения v _г / v _в горизонтального и вертикального сос­тавляющих скорости рабо­чей вставки незначительно (4-8%) отличается от средних значений соотношения v _г / v _в , полученных в резуль­тате математи­ческого моделирования на ЭВМ.

Одним из подтверждений адекватности математических моделей является качественное совпадение формоизменения заготовки и кон­фи­гурации поля распределения деформации по сечению, полученные путем теоретических и экспериментальных исследований. Качественное сравнение формоизменения заготовок, полученных при лабораторном эксперименте и конечно-элементном модели­ро­вании, показывает их схожесть. Обработка экспериментальной инфор­мации, полученной по методу координатных сеток, позволил количественно оценить распреде­ление степени интен­сивности дефор­мации сдвига Г по поперечному сечению образца. Уста­нов­лено, что при лабораторном эксперименте также как и при конечно-элементном моделиро­вании макси­мальные значения степени интен­сивности деформации сдвига Г наблю­даются вблизи короткой диагонали параллело­грамма, форму которого в ходе дефор­мирования приняло сечение образца. Экспериментальные значения степени деформации сдвига незначительно отличаются (6-8%) от значений, полученных при конечно-элементном моделировании. Например, при деформировании образцов до e _h =0,25 на инструменте с углом наклона a =30°, для которой соотношения v _г / v _в »2 , максимальное экспери­ментальное значение степени интенсивности деформации сдвига составило G _max =1,767, что близко к значению G _max =1,783, получен­ной при конечно-элементном моделиро­вании процесса дефор­мирования с такой же высотной деформацией и соотношением v _г / v _в .

Результаты конечно-элементного моделирования, приведенные во второй главе, показали, что усилие дефор­мирования при реализации интен­сивных сдвиговых деформаций значительно ниже, чем при осадке. Для подтверждения этих резуль­татов производили экспериментальное исследо­вание энергосиловых параметров при деформировании заготовок предла­гаемым инстру­ментом и осадке плоскими бойками. Результаты, полученные в ходе эксперимента, показали, что при деформировании предлагаемым инструментом происходит значительное снижение Р , чем при осадке в плоских бойках. Например, для данного случая при высот­­­ной деформации равной e_h =0,25 усилие дефор­мирования при сдвиге заготовки предлагаемым инструментом почти в 2 раза ниже, чем при осадке в плоских бойках. Такие же результаты были получены при конечно-элементном моделиро­вании процесса деформирования. Таким образом, качественное совпадение полу­чен­ных законо­мер­ностей и близкие количественные результаты теорети­ческих и экспери­ментальных исследо­ваний показывают, что конечно-элементная и мате­матическая модели аде­кватно описывают процесс дефор­мирования заготовок предлагаемым инстру­ментом.

Вместе с тем при дефор­мировании предлагаемым инструментом для одинакового обжатия заготовки требуется больше хода траверсы пресса, чем при осадке плоскими бойками. Например, при высотной деформации равной e _h =0,25 ход траверсы пресса составил: для плоских бойков – 8 мм, для инструментов с углами наклона 25º и 30º соответственно 15 мм и 17 мм. Это приводит к тому, что при деформировании предлагаемым инструментом, несмотря на снижение усилий деформирования, при одинаковых обжатиях заготовки энергосиловые параметры пресса изменяются незначительно по сравнению с осадкой в плоских бойках. Однако при одинаковых обжатиях деформирование пред­лагаемым инструментом при­водит к более интенсивной проработке металла, чем осадка плоскими бойками. Например, работа пресса, соотнесен­ная к средней степени интенсивности деформации сдвига, составила: для плоских бойков – 1,75 кДж, для инстру­ментов с углами наклона 25º и 30º соответственно 0,96кДж и 0,85 кДж.

Для исследования закрытия внутренних дефектов слитка инстру­ментом, реализую­щего интенсивные сдвиговые деформации заготовок, прои­з­водили дефор­мирование образцов, в которых вну­трен­ние дефекты слитков моделировали сквозными цилиндрическими отверстиями, рассредоточенные по поперечному сечению образца. Качествен­ный анализ закрытия искус­ственных дефектов в модельных образцах показывает, что при дефор­мировании предлагаемым инструментом полное закрытие отверстий в осевой зоне и вдоль корот­­кой диагонали параллелограмма, форму которого прини­мала сече­ние образцов, происходит при высотной деформации равной e _h =0,25 . Кантовка образца на 90° и последующее дефор­миро­вание его инструментом привели к полному закрытию остальных отвер­стий. Для сравнения модель­ные образцы подвергли осадке плоскими бой­ками, где полное закры­тие аналогичных отверстий происходило при высот­ной дефор­мации e _h =0,45. Известно, что осевые зоны характеризуются пониженной проч­ностью вследствие объективных закономерностей крист