Воронцов Теория штамповки выдавливанием (Воронцов А.Л. - Теория штамповки выдавливанием), страница 2

Высокая эффективность выдавливания обуславливает постоянное развитие н открытие новых возможностей его применения, а также создание совершенно новых способов этого вида штамповки, таких как, например, выдавливание с кручением. В связи с автоматизацией технологических процессов, использующих операции выдавливания, остро встала проблема их оптимизации. Вместе с тем в настоящее время модернизация существующих и, особенно, внедрение новых технологических процессов, включающих штамповку выдавливанием, затруднены проблемами сокращения сроков и стоимости подготовки производства, недостаточностью инвестиций и жесткой конкуренцией. Зачастую это приводит к невозможности изготовления экспериментального оборудования. Затруднено и проведение традиционно использовавшегося ранее большого количества предварительных экспериментов, целью которых являлись проверка возможности осуществления и определение оптимальных параметров проектируемого технологического процесса.

Необходимость быстрого развития техники приводит к тому, что технологи уже не располагают достаточным временем для накопления данных практики. К тому же реализация проектируемых процессов в лабораторных условиях оказывается подчас неприемлемо дорогостоящей, тем более, когда она не подкреплена соответствующими расчетами. В связи с этим возрастает роль требующих существенно меньших затрат теоретических методов проектирования.

Однако такая особенность процессов выдавливания, как необходимость создания значительных деформирующих сил, предьявляет высокие требования к точности и надежности расчетных формул. Кроме того, от современного технолога часто требуется не только расчетная оценка энергосиловых параметров процесса, но и оценка деформируемости металла, устойчивости его пластического деформирования, а также технологической наследственности, характеризуемой структурой материала и распределением механических свойств по объему изделия, поскольку это в значительной мере определяет качество последнего. Все это, а также необходимость быстрой и квалифицированной оценки конструкторских н технологических реше- ний, принимаемых при подготовке производства, делают актуальным создание обобщйнной теории, а также изложение формул и методов, которые позволяли бы в комплексе и с достаточной точностью определить оптимальные параметры, необходимые для успешной реализации штамповки выдавливанием и получения изделий высокого качества.

Следует отметить, что широкая область применения обуславливает наличие значительного количества как теоретических, так и экспериментальных исследований процессов выдавливания. Большой вклад в изучение этих процессов внесли такие отечественные ученые как В. А. Головин, А. М. Дмитриев, Г. А. Навроцкий, А. Г. Овчинников, Е. И. Семенов и др. Была создана научная основа для разработки и совершенствования процессов выдавливания. Однако результаты проведенных исследований во многих случаях противоречивы, а в ряде случаев явно недостаточны.

Кроме того, предшествующие работы, посвященные теории выдавливания, имеют определенную односторонность, так как рассматривают одни вопросы (например, определение напряженного и кинематического состояний) и при этом совершенно не затрагивают другие (например, определение накопленных деформаций и условий образования дефектов в виде трещин, угяжин и застойных зон, расчет волокнистой структуры выдавливаемого изделия, учет анизотропии свойств и упрочнения, реальной геометрии и упругих деформаций инструмента). Вышеуказанное послужило для автора основанием предпринять попытку изложить в данной книге общую теорию и типовые методы взаимосвязанного расчета всех основных технологических характеристик процессов выдавливания.

Содержание книги основано на результатах работы автора по теоретическому и экспериментальному исследованию, проектированию и внедрению в производство технологических процессов выдавливания. Все расчетные формулы книги выведены автором, который стремился к получению достаточно строгих решений, основанных на наиболее обоснованной теории пластического го течения.

При этом автор счйл необходимым уточнить целый ряд традиционных терминов и понятий, предварительно показав их научную некорректность нли искажение нми физической сути описываемых явлений. Также важно подчеркнуть, что ни в одну из выведенных формул не вводились какие-либо поправочные коэффициенты, полученные на основе экспериментов. Этот широко распространенный прием используется с целью сделать неудачную формулу удовлетворительной, сохраняя при этом видимость ее научности, хотя по существу превращает исходную теоретическую формулу в эмпирическую и лишает смысла аналитическое исследование, поскольку эмпирические формулы значительно эффективнее получать, используя известные методы обработки экспериментальных данных.

Учитывая практическую значимость предмета исследования, автор старался не усложнять аналитические решения, используя для этого обоснованные допущения, позволяющие получить максимально простые зависимости, с достаточной точностью отражающие действительные условия деформирования. Поскольку книга предназначена в первую очередь для инженерно-технических работников металлообрабатывающих предприятий и научно-исследовательских институтов, то в ней подробно показаны примеры учета реальных факторов деформирования и даны детальные методические указания по технике вычислений конкретных технологических параметров. По понятной субъективной причине собственные эксперименты исследователей всегда хорошо подтверждают нх же теоретические результаты. Поэтому, на наш взгляд, наиболее объективным способом проверки расчетных формул является сопоставление получаемых по ним результатов с результатами независимых экспериментов.

Последние предпочтительнее выбирать из тех работ, где не ставилась цель подтверждения какой-либо формулы, то есть эксперименты обрабатывались совершенно непредвзято. Сравнение теоретических результа- тов с подобными опытными данными представлено на страницах книги исключительно широко и не имеет сравнимых по количеству аналогов в научной литературе по обработке металлов давлением. Путем сопоставления результатов вычислений с 668 экспериментальными данными показано, что полученные автором формулы обеспечивают высокую точность практических расчетов, будучи достаточно простыми и наглядными, что облегчает их применение технологами-практиками и не требует трудоемкой отладки больших программ для ЭВМ. Полное указание всех использованных для расчета исходных данных (крайне редко встречающееся в публикациях по обработке давлением), а также точное указание источника экспериментальных данных позволят специалистам оценить степень объективности предлагаемых формул, так как исключают возможность подгона ввиду его очевидности.

Важно обратить внимание на то, что можно добиться хорошего соответствия результатов расчета с независимыми экспериментальными данными путем субъективного выбора коэффициентов трения или напряжения текучести. Автор принципиально лишил себя такой возможности. Коэффициенты трения определялись по объективной методике, изложенной в разделе 3.2. Поэтому в подавляющем большинстве расчетов на страницах данной книги читатель увидит коэффициент трения, равный 0,1, но нигде не встретит ситуацию, когда для сравнения результатов расчета какого-либо параметра с экспериментальными данными одной работы принят, скажем, коэффициент 0,16, а для сравнения с данными другой работы — уже 0,23. Для определения напряжения текучести автор при наличии всегда использовал кривую упрочнения из того источника информации, откуда брались сопоставляемые экспериментальные данные.

Для молодых специалистов содержание монографии может в определенной степени служить образцом использования теории для всесторонних расчетов того или иного процесса обработки металлов давлением, а также добросовестного и 12 тщательного экспериментального подтверждения полученных теоретических результатов. Под тщательным экспериментальным подтверждением автор понимает комплексную проверку разработанной теории. Например, можно вывести формулу для определения силы выдавливания цилиндрических стаканов и удовлетвориться приемлемым соответствием результатов расчета по этой формуле с опытными данными.

При этом, давая удовлетворительные значения силы, формула может не отражать известного наличия минимума этой силы, или давать неверные значения оптимальных параметров геометрии пуансона, при которых сила будет минимальна (скажем, по формуле минимальная сила должна быть при угле конусности пуансона 30', а в действительности она наблюдается при 60'). Высота очага пластической деформации, полученная по ходу вывода и использованная в окончательной формуле для силы, может сильно отличаться от экспериментальной.

Вследствие этого разработанная теория приведет к неверному определению накопленных деформаций и волокнистой структуры изделия. По мнению автора, подобная теория, дающая приемлемый результат в одном, но не согласующаяся с опытными данными в другом, является неудовлетворительной. Следует отметить, что большинство представленных в настоящем издании формул для определения многих важнейших характеристик процессов выдавливания получено автором впервые и аналогов у других исследователей не имеет. Однако формул для определения такого параметра, как удельная сила выдавливания, предложено болыпое количество, в связи с чем автор считает необходимым пояснить принципиальное отличие аналогичных формул, изложенных в данной книге. Хотя авторы различных справочников и теоретических работ, посвященных определению удельной силы выдавливания, пишут о хорошей или удовлетворительной сходнмости результатов своих решений со своими опытными данными, тем не менее в относительных величинах эти расчетные ре- зультаты сильно (иногда более чем в 2 раза) отличаются друг от друга, что наглядно показано на рис.