Современные проблемы машиностроения

Подождите немного. Документ загружается.

V Международная научно-техническая конференция

«Современные проблемы машиностроения»

______________________________________________________________

111

В общем случае, КИН для полосы при растяжении и изгибе могут определяться зави-

симостями (6) и (7). Учитывая ли нейное распределение секториальних напряжений в тонк о-

стенном профиле при действии стесненого к ручения, зависимость КИН в вершине трещины,

распостраняющейся в сечении элемента, будет будет иметь вид:

изг

рас

KKK 



. (17)

Для трещины сложной конфигурации взаимосвязь положения вершин ее веток при

росте трещины предопределена величинами КИН, которые, в свою очередь, определяются

распределением напряжений по направлению распространения трещины. Очевидно, что при

циклической нагрузке концы трещины будут продвигаться с разн ыми скоростями. Можно

допустить, что в вершинах веток трещины при ее росте в двух направлениях будет созда-

ваться напряженное состояние, при котором



)2.()1.( тIтI

KK 

[4]. Исследовав зависимости (6)

и (7) базируясь на том, что



)2.()1.( тIтI

KK 

получаются соотношения длин веток растущих

трещин, соответственно, в полке (

bL 



) и стенке (

HL 



) (рис. 2).

0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07

0.05

0.1

0.15

0.2

, м

Рис. 2. Зависимость меж ду длинами веток трещины для стандартных швеллеров:

1 – H/b = 1,5; 2 – H/b = 2,0; 3 – H/b = 2,3; 4 – H/b = 2,6

После аппроксимации массива данных (рис. 2) и подстановки зависимостей в (6) – (7),

получим уравнение для определения К ИН вершин веток трещины, которая растет в полке

(индекс 1) а также стенке (индекс 2) швеллерного профиля при стесненом кручении:

 

;

2222

1111





FLK



(18)

где





– секториальное напряжение в бездефектном швеллерном профиле, МПа;



– со-

отношения площади ветки трещины к площади поперечного сечения профиля без трещин

























;

 



– поправочная функция, которая учи тывает изменение геометрии нетто-сечения швел-

лера. Ресурс работы тонкостенных элементов конструкций, в общем случае, вычисляется п о

формуле







, (19)

где N

– количество циклов нагр узки элемента с трещиной; ω – средняя частота нагрузки п ри

эксплуатации, цикл/с.

Количество циклов нагрузки N

элемента с трещиной при развитии сквозной трещины

к критической длине определяется формулой:

V Международная научно-техническая конференция

«Современные проблемы машиностроения»

______________________________________________________________

112

 





, (20)

где

– начальный и граничный размеры сквозной трещины, м;

– коэффициент ин-

тенсивности напряжений в вершине сквозной трещины с длиной L,

мМПа

определяется

(18);

– параметры кинетической диаграммы усталостного разрушения.

Полученные зависимости (18) позволяют оценить напряженное состояние (КИН) в

вершинах веток трещины сложной конфиг урации в поперечном сечении швеллерного про-

филя. Для швеллерных профилей, в случае, когда длина ветки трещины в п олке равняется ее

ширине (

bL 

), длин а ветки трещины стенки будет равна высоте п рофиля (

HL 

). Это

объясняется тем, что центр изгиба уголкового и таврового сечения находится в точке сече-

ния осей отд ельных элементов [3, 4]. Прогнозирование долговечности тонкостенных элемен-

тов швеллерного профиля с трещиной осуществляется за (19) с учетом (20) и (18) и парамет-

ров кинетической диаграммы усталостного разрушения

Литература

1. Попович П.В., Сташкив М.Я. Отправная база критериальных принципов оценки не-

сущей способности мобильной с/х техники // Научный вестник НУБИПУ, 2010. – Ч.2. – № 144.

– С. 301 – 309.

2. Механика разрушения и прочность материалов / Под ред. П анасюка В.В. – Т.2: Ко-

эффициенты интенсивности напряжений в телах с трещинами. – К.: Наук. думка, 1988. – 620 с.

3. Бычков Д.В. Ст роительная механика стержневых тонкостенных конструкций. – М.:

Госстройиздат, 1962. – 472 с.

4. Пидгурский М., Сташкив М. Методы определения КИН для дефектных элементов

открытого профиля // Вестник ТДТУ, 2006. – Т. 11. –№ 2. – С. 92-108.

ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА КОЭФФИЦИЕНТОВ ИНТЕНСИВНОСТИ

НАПРЯЖЕНИЙ В МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЯХ

П.В. Попович, к.т.н., доц., О.И. Шынкар, Т.Л. Попович

Тернопольский национальный технический университет имени Ивана Пулюя

Украина, 46000, г. Тернополь, ул. Руська, 56

E-mail: PPopovich@ukr.net

Для обеспечения прогнозируемого ресурса работы несущей металлоконструкции не-

обходимо знать причины возникновения разрушений ее материала, а также моделировать

влияне на несущую способность технологических и конструктивных дефектов. Такая ин-

формация особенн о важна для элементов конструктивных структур машиностроительных

металлоконструкций, которые в процессе эксплуатации воспринимают переменные во вре-

мени циклические н агрузки. Следует отметить, что усталостные характеристики к онструк-

ционных материалов, без сомнения, остаются одними из важнейших информаций при опре-

делении причины выхода из строя машин на всех этапах эксплуатации.

Разрушение материалов связано с возникновением и разви тием у них дефектности.

Стадии усталостного разрушения существенно отличаются по характеру механизма исследо-

вания и изучения физических и кинематических закономерностей развития трещины, кото-

рые необходимы для построения количественной теории, как основы научно аргументиро-

ванных расчетов на прочность и долговечность. Значительный прогресс в этом направлении

достигнутый за последнее время, стал возможным, прежде всего, благодаря успехам разви-

V Международная научно-техническая конференция

«Современные проблемы машиностроения»

______________________________________________________________

113

тия теории механики разрушения. На основе расширения представлений об коэффициентах

интенсивности напряжений (КИН) и связанных с ними инвариантных характеристиках т ре-

щиностойкости материалов создан количественный базис для расчетов на прочность и дол-

говечность изделий на стадии распространения трещин. Полученные результаты этого на-

правления з аложены в основу крит ериальной оценки при создании новых и усовершенство-

ваны существующих конструкций машин.

В работе предлагается подход определения КИН в вершине трещины тонкостенного

профиля типа швеллера. Разработка базируется на методах линейной механики разрушения.

В несущих машиностроительных металлоконструкциях, характерными являются сис-

темы, состоящие из элементов открытого профиля соединенных между собой сварными

швами. Сварные соеди нениях в местах обрыва являются н ачальными дефектами, то есть

технологическими концентраторами напряжений.

Для швеллера наиболее вероятным местом зарождения трещин является вершина его

полок [1]. Определим КИН в вершине полки под действием на все сечение швеллера изги-

бающего момента. Решение аналогичной задачи теории т рещин связано со значительными

трудностями, которые возникают в виду сложной конфигурации сечения.

Рассмотрим задачу определения КИН в инженерной постановке с определенным при-

ближением. С этой целью напряженное состояние, возникающее в швеллере с начальной

трещиной моделируется исходя из следующих предположений:

– длина трещины является малой в сравнении с другими размерами сечения ().

Напряженное состояние возле трещины считается эквивалентным к состоянию, кото-

рое будет возникать при растяжении пол убесконечной пластины с краевой трещиной нор-

мальными напряжениями [1].

K 1,12 l, 0

  

    

(1)

где К

– коэффициент интенсивности напряжений, МПа·мм

1/2

Поскольку данный профиль тонкостенный: толщина стенки является малой в сравне-

нии с другими габаритами сечения, напряжения, кото рые возникают при изгибе полки, при-

близительно, постоянные и имеют следующее значение





, (2)

где  – напряжение изгиба, МПа, M – величина изгибающего момента, МН·м, Н – высота

швеллера, мм

Если вершина трещины приближается к нейтральной линии поперечного сечения

швеллера (  0,5). Очевидно, что напряженно-деформированное состояние около конт ура

трещины близко к состоянию, которое будет возникать при изгибе полосы (стенки швелле-

ра), которая будет иметь такой же момент инерции как и швеллер, который изгибается мо-

ментом M. Решение задачи для такой расчетной схемы представлено в работе [2] в виде:

0 ном





, (3)

где 

ном

– номинальное напряжение в ослабленном нетто-сечении полосы с трещиной, МПа.

1.987 (1 )

; ,

1 7.993







   







(4)

где  – безразмерная функция, l – длина трещины, мм, d – толщина стенки швеллера, мм.

Так как величин а  учитывает только геометрические параметры сечения швеллера,

которые имеют одинаковое значение как для исходной так и для модельной задачи, считает-

ся, что разница в КИН для обоих случаев учитывается за счет номинальных напряжений. Ис-

ходя из этого получим:

V Международная научно-техническая конференция

«Современные проблемы машиностроения»

______________________________________________________________

114

(1 )

K 1,987 h , 1

1 7,993









   



(5)

Используя формулы сопроти вления материалов для нетто-сечения полосы, запишем

выражение для

ном



ном

( ( 2 ))

h H b d









    

(6)

где b – ширина полки швеллера, мм.

Таким образом, соотношения (1), (5) определяют величину КИН для трещины данной

конфигурации в швеллере, соответственно, для , .

Приближенное значение КИН в вершине трещины указанной конфигурации строится

с помощью метода Нейбера [2], [3]. Для этого в соотношениях (1) и (5) разделяются силовые

и геометрические части.

В первом случае ():

1.985 ( 2 ),Hb



    

(7)

Во втором случае (1) используем (4), (6).

Геометрическая часть КИН для трещины любых размеров:













(8)

При этом номинальные напряжения вычисляются из соотношения:

ном 1

( ) ( ) , ( ) -( ) ,

m m m m



     



  

(9)

Для инженерной практики наиболее достоверные результаты получены при показате-

ле степени m = 0.5 [3]. Величина интенсивности напряжений для трещины произвольной ве-

личины:

1 ном





(10)

На основе (8), (7), (4):

   

0.5 0.5

1.987 ( 2 ) (1 ) (1 7.993 ) ( 2 ) (1 )H b h H b h

    

                

(11)

На основе (9), (7), (6):

0.5

2 2 ( ( 2 )) ( ( 2 ))

()

( ( 2 ))

ном

М H h h H h

I h H b h H b

h H b















    





        











  





   





(12)

Подставляя (1), (12) в (10) определяем КИН для трещины произвольной величины,

используя аналитическую зависимость [3]:

K M f(l,I,H,b),

(13)

где f (I,H,l,b) – известная функция для данной конфигурации тела.

Тогда



 

0 5 2 1

1 987

2 2 2

2 2 1

1 7 993 2 1

. H h h h H

f(l,I,H,b)

I (h (H b)) (h (H b))

(H h) h (h (H b)) (H b) ( ) h

( . ) (H b) ( ) h













     





       





              

        

(14)

V Международная научно-техническая конференция

«Современные проблемы машиностроения»

______________________________________________________________

115

Полученные результаты позволяют определить величину коэффициента интенсивно-

сти н апряжений для трещины дан ной конфигурации в несущих машиностроительных метал-

локонструкциях, определить размеры допустимых дефектов исходя из позиций механики

хрупкого разрушения.

Литература

1. Механика разрушения и прочность материалов / Под ред. Панасюка В.В. –Т.2: Ко-

эффициенты интенсивности напряжений в телах с трещинами. – К.: Наук. думка, 1988. – 620 с.

2. Андрейкив А.Е. Р азрушение к вазихрупких тел с трещин ами при сложном напря-

женном состоянии. – К.: Наук. думка, 1979. – 144 с.

3. Панасюк В.В., Андрейкив А.Е., Ковчик С.Е. Методы оценки трещиностойкости

конструкционных материалов. – К.: Наук. думка, 1977. – 277 с.

4. Андрейкив А.Е., Дарчук А.И. Усталостное разрушение и долговечность конструк-

ций. – К.: Наук. думка, 1992. – 184 с.

СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД К АНАЛИЗУ СЕРВИСНОЙ

ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ СДКМ

Е.В. Прохорова, магистр, Н.С. Севрюгина, к.т.н., доц.

Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова

г. Белгород, ул. Костюкова 46, тел.: 8-(4722)-54-20-87

E-mail:crumb1202@mail.ru

Расширение номенклатуры транспортных и технологических машин повышает ответ-

ственность производителей за организацию технического обсл уживания и сервиса выпус-

каемой ими техники, что в свою очередь обеспечивает высокий уровень стабильности рабо-

тоспособности и эффективности использования машин на прот яжении всего срока экспл уа-

тации.

Эффективное использование транспортных машин обеспечивается технической сфе-

рой экспл уатации, задачей которой является поддерживать заложенные в машине заводом-

изготовителем свойств работоспособности в определенный временный промежуток, полу-

чивший название назначенный ресурс. В свою очередь производственная сфера эксплуата-

ции реализует фактические свойства машины при выполнении функционального назначения.

В организационном плане службы технической и производственной эксплуатации

включают в себя различные структурные элементы, позволяющие наиболее эффективно ре-

шать только им свойственные целевые задачи.

Эффективность сферы производственной эксплуатации обеспечивается свойствами

машины, заложенными при проектировании, реализуемыми при изготовлении и проявляю-

щимися в период ее эксплуатации.

В современных условиях одним из основных структурных элементов сферы техниче-

ской эксплуатации можно считать сферу сервисного сопровождения СДКМ, организация ко-

торого связана с конструкцией машины и ее технологичностью.

Понятие технологичность СДКМ относительно и зависит от области проявления. Так

же следует отметить, что технологичность машины на различных этапах проявляется по-

разному, например, в зависимости от условий эксплуатации.

Рассмотрим основные виды технологичности, вызываемые наибольший интерес ис-

следователей: конструктивную и эксплуатационную технологичность.[1]

Эксплуатационная технологичность конструкции дорожных машин может не совпа-

дать на этапах т ехнического обслуживания и ремонта. В свою очередь требования техноло-

V Международная научно-техническая конференция

«Современные проблемы машиностроения»

______________________________________________________________

116

гичности зависят от факторов, основными из которых являются конструктивная характери-

стика машины.

Терминологически сервисная технологичность может быть раскрыта, как требование

к оценке прогрессивности конструктивных решений техники при обеспечении минимальных

затрат труда на ее техническое обслуживание и ремонт.

Транспортные и технологические машины являются сложными техническими систе-

мами, в которых сервисная технологичность может быть обеспечена при сокращении но-

менклатуры исходных компонентов, т.е. при и х унификации, к онструировании по модуль-

ному принципу.

Представляется, что системный подход к проектированию новой техники по модуль-

ному принципу, модернизация уже находящейся в эксплуатации, унификация типовых кон-

структивных узлов, агрегатов и деталей позволит п овысить сервисную технологичность сни-

зив затраты на непроизводительные простои техники.

При модульном проектировании машин за основу принимается система технических

объектов, состоящая из ограниченного количества функциональных и конструктивных мо-

дулей, способствующая расширению номенклатуры машин, как по конструктивному, так и

по технологическому признакам.

Анализ различных типов СДКМ показывает, что машины одного типоразмерного ряда

и одинаковых функциональных свойств имеют существенные конструктивные различия, что

требует разработки различных технологических карт и приводит к несовместимости некото-

рых элементов.

Сущность модульного проектирования заключается в разработке методологи и проек-

тирования технических объектов как сложных систем с формализованным поэлементным

описанием функциональных и метрологических свойств отдельных составляющих и системы

в целом, при этом расчет и конструирование отдельных элементов может осуществляться

независимо друг от друга с учетом сформулированных к каждому элементу системы функ-

циональных и метрологических требований.

Необходимо отметить, что модульное проектирование машины проводится из функ-

ционально независимых элементов. Анализируя и ерарх ическую структ уру модульного пр о-

ектирования технологической системы строительного и дорожного назначения, предложен-

ную Кириченко И. Г. с позиций технического сервиса можно выделить [2]:

Уровень машин – многовариантность машин различных по функциональному назначению.

Уровень функциональных и конструктивных модулей – многовариантность машин

различных п о конструктивному решению, способу а грегатирования и комплектования, фор-

мирующих уровень машин.

Уровень деталей, сборочных единиц, узлов – многовариантность унифицированных

деталей, сборочных единиц, узлов, формирующих уровень функциональных и конструктив-

ных модулей.

Учитывая, что сервисное сопровождение СДКМ не ограничивается перечнем работ по

их обслуживанию, но и включает сопутствующие ремонтные работы, то целесообразно дать

оценку машин по уровню ремонтной технологичности, т.е. ремонтопригодности.

В действующей нормативн о-технической документации содержится комплекс оце-

ночных п оказателей ремонтопригодности, позволяющих оценивать ремонтопригодность как

агрегата/системы в целом, так и каждого из элементов.

Принятый модуль ный подход позволяет полагать, что эффективность ремонтного

воздействия тем выше, чем лучше используются все элементы.

Выделяют несколько способов повышения ремонтной технологичности и срока служ-

бы сборочных единиц, наиболее эффективным среди к оторых можно выделить введение в

конструкцию элементов-компенсаторов.

V Международная научно-техническая конференция

«Современные проблемы машиностроения»

______________________________________________________________

117

Показатель ремонтопригодности как универсальный комплексный показатель, в равной

степени, может быть, применим как для отдельной детали или сборочной единицы, так и для

агрегата или машины в целом, т.е. к каждому элементу любого иерархического уровня конст-

рукции. За базовый показатель трудности разборк и принимаются детали, имеющие шлице-

вые со еди нения, количественное выражение которого х арактеризуется коэффициентом раз-

борки соединения двух деталей [1]:

шл

тр

к 

где Т

и Т

шл

– время разъединения деталей в данном узле и базовом шлицевом соединении,

соответственно.

Классификация типичных соединений деталей дорожных машин по трудности раз-

борки и значение коэффициента разборки соединения двух деталей представлена в табл. 1.

Необходимо отметить, что коэффициент трудности разборки позволяет оценить кон-

струкцию с позиции необходимости унификации узла, что в свою очередь позволит обеспе-

чить высокий уровень надежности машины в целом.

Установлено, что до 60% неисправностей машины вызывает некачественная сборка ее

элементов, при этом основной причиной погрешности является нарушение при ориентации,

неточности регулирования, образование задиров на сопрягаемых поверхностях и т.п.

Проведенный анализ показывает, что работоспособность машины наряду с прочими

факторами зависит не только от уровня организации сервисного сопровождения, но и техно-

логичности конструкции машин, уровня унификации и ремонтопригодности ее агрегатов,

узлов и систем.

Конструирование машин по модульному тип у обеспечивает многовариантность уни-

фицированных деталей, сборочных единиц, узлов, что в свою очередь позволит снизить

стоимость изготовления и эксплуатации машин.

Таблица 1

Классификация типичных соединений деталей дорожных машин по трудности разборки [1]

Тип

соединения

Характеристика

разъемности

Типовые соединения

Коэффициент тр удности

разборки К

тр

Разъемные

Легкоразъемные

Шлицевые.

Болтовые и винтовые.

Посадки с зазором гладких

цилиндрических соед инений

1-1,5

Средней трудности

Шпоночные.

Переходные посадки глад-

ких цилиндрических соеди-

нений.

3-5

Трудноразъемные

Посадки с гарантированным

натягом гладких цилиндри-

ческих соединений

10-40

Неразъемные

Сварные и заклепочные.

Соединение деталей пайкой,

склеиванием, развальцовкой

Литература

1. Балабанов А.Н. Технологичность конструкции машин / А. Н. Балабанов. – М.: Ма-

шиностроение, 1987. – 256 с.

2. Кириченко И.Г. Модульная концепция проектирования технологических машин для

строительного производства: монография. / И.Г. Кириченко. – Харьков: Изд-во ХНАДУ,

2002. – 119 с.

V Международная научно-техническая конференция

«Современные проблемы машиностроения»

______________________________________________________________

118

МОДЕЛИРОВАНИЕ КОВКИ НА РАДИАЛЬНО-КОВОЧНОЙ МАШИНЕ

В ПРОГРАММНОМ КОМПЛЕКСЕ DEFORM

А.И. Пугин, аспирант, А.П. Карамышев, к.т.н., доц., В.С. Паршин, д.т.н., проф.

ФГАОУ ВПО «УрФУ имени первого Президента России Б.Н.Ельцина»,

620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19; тел. (343) 374-50-74, 375-48-05

E-mail: mirm@mmf.ustu.ru

В настоящий момент одним из самых распространенных способов подготовки т руб-

ной заготовки к волочению является заковка на машинах для ротаци онного обжатия. Они

подразделяются на два класса: ротационно-обжимные и радиально-обжимные машины. К

ротационно-обжимным относятся такие машины, в которых или узел, несущий инструмент

(шпиндель), или приводящий его в действие другой узел (обойма с роликами) совершают

вращение вокруг обрабатываемой заготовки. К радиально-обжимным относятся такие маши-

ны, в которых движение инструмента осуществляется п о радиусу от периферии к центру и

обратно, а сам инструмент и приводящие его в действие узлы не вращаются вокруг заготов-

ки. Классификация машин внутри этих классов основана на принципе комплектования ма-

шин по кинематике передачи движения рабочим органам и их конструктивному исполне-

нию.

По структурному строению следует различать два вида обжимных машин: машины

простого и машины двойн ого действия. В машинах простого действия все рабочие органы

(два и более) осуществляют обработку одновременно с равной степенью обжатия, что обу-

словливает простоту их конструкции. Машины простого действия имеют, как правило, оди-

наковую конструкцию всех рабочих органов с закрепленным на них инструментом. В таких

машинах отсутствуют механизмы или узлы, которые могли бы осуществлять дополнитель-

ные рабочие движения в п роцессе обработки. В машин ах двойного действия имеется две па-

ры рабочих органов, производящих обработку в заданной последовательности с различной

степенью обжатия. При этом движение рабочих органов ос уществляется от двух различных

по конструкции и не зависимых один от другого приводящих узлов.

По направлению подачи заготовки в зону обработки машины подразделяются на го-

ризонтальные и верти кальные. Все обжимные машины в зависимости от степени автомати-

зации включают в себя: машины с ручной загрузкой и ручной подачей заготовок; полуавто-

маты, в которых загрузка заготовок в подающее устройство осуществляется вручную, а по-

дача и обработка производится автоматически; автоматы, в которых з агрузка и обработка

изделий осуществляется автоматически. В зависимости от размеров обрабатываемых загото-

вок существуют легкие, средние и тяжелые машины.

Машиной, на которой возможно проводить холодную деформацию заготовок из раз-

личных, в том числе труднодеформируемых материалов, является радиально-ковочная ма-

шина для заковки концов труб модели AVS (рис. 1), на которой реализуется сложное движе-

ние деформирующего инструмента по дуге заданного радиуса. В соответствии с допускае-

мым усилием обжатия, в тонн ах-силы, машины подразделяются на AVS – 25, 40, 63, 100 [1].

Ковочная машина имеет четыре, расположенные через 90° перпендикулярно продольной

оси, рабочих инструмента – бойка, одновременное движение которых осуществляется по-

средством эксцентриков. Главный полый четырех эксцентриковый вал приводится во враще-

ние от двигателя через клиновые ремни и маховик, расположенный в подшипниках качения.

Синусоидальное подъемное движение эксцентриков передается на четыре рычага, которые в

качестве центров вращения имеют закрепленные в лобовине болты. В переднем, выступаю-

щем из лобовины конце рычага, имеется приспособление для приема инструмента. Быстро

заменяемый инструмент закрепляется при помощи кнопки с блокировкой, при этом достига-

ется замкнутое, соответствующее дуге окружности движение инструмента, обеспечивающее

V Международная научно-техническая конференция

«Современные проблемы машиностроения»

______________________________________________________________

119

высокую степень деформации заготовки. Требуемая длина обрабатываемого конца устанав-

ливается через перемещаемый упор с помощь ю конечного выключателя. Отвод обрабаты-

ваемой заготовки осуществляется также через конечный выключатель. Машина оборудуется,

смонтированным с передней стороны, специальным устройством для п одачи заготовки в ви-

де подающих гиперболоидальных или призматических роликов, или механизмом ди скретной

подачи и вращения с вращающимися зажимными кулачками. Эти механизмы обеспечивают

подачу заготовки с вращением или без него. Выбор типа подающего устройства зависит от

требований к качеству поверхности и точности формы обрабатываемой заготовки, от допус-

каемых степеней деформаций по проходам, от необходимой производительности машины.

а б

Рис. 1. Ковочный блок радиально-к овочной машины AVS:

а – общий вид, б – разрез по первому и четвертому рычагу

Для определения максимального обжатия, допустимого на данном оборудовании не-

обходимо знать технологическое усилие во время ковки. По нахождению усилия проведено

много теоретических исследований. Известные модели очага деформации «классической»

радиальной ковки 2 не позволяют оценить особенности процесса и достаточно достоверно

объяснить возможность получения больших обжатий заготовок на AVS, а также высокий

уровень физико -механических свойств обработанных на машине изделий. Представленная в

работе 3 теоретическая модель имеет ряд принципиальных недостатков и не может дать

достоверные сведения о процессе деформации, а экспериментальные дан ные 4 не могут

служить основой для получения математических зависимостей.

Наиболее достоверно позволяет представить данный процесс математическая модель,

выполненная в работе [1]. Основанная на использовании метода решения приближенных

уравнений равновесия и пластичности и опирающаяся на п роведенные экспериментальные

исследования, модель, предложенная авторами, дает возможность определять усилия ковки с

учетом нестационарных по времени параметров процесса. Однако и дан ная модель имеет

существенные недостатки. К основным из них относится невозможность моделирования

формоизменения заготовок при ковке и определения полной картины напряженного состоя-

ния в очаге деформации, что не позволяет оценить особенности процесса обжатия на машине

AVS.

Стремление рассмотреть все более близкие к действительности форму и условия ра-

боты нестационарных процессов, а также желание учесть реальные особенн ости деформиро-

вания материала потребовало создания и совершенствования численных методов расчета и

V Международная научно-техническая конференция

«Современные проблемы машиностроения»

______________________________________________________________

120

соответствующих компьютерных технологий. Одним из методов численного расчета конст-

рукций является метод к онечных элементов. В настоящее время, особенно с появлением

мощной вычислительной техники и соответствующего программного обеспечения, метод

достиг такой степени развития и популярности, что вряд ли существует др угой подход, спо-

собный конкурировать с ним по широте возможностей и простоте реализации. Программный

пакет DEFORM, позволяющий решать задачи ОМД с помощью метода конечных элементов,

является универсальным, совместимым с другим программным обеспечением, имеющим

широкие возможности моделирования, простой и удобный интерфейс [5]. В программном

пакете реализована возможность моделирования с пом ощью готовых шаблонов как унифи-

цированных, достаточно часто встречающихся в практике задач: объемная штамповка, меха-

ническая обработка резанием, прокатка, анализ н апряженно-деформированного состояния

рабочего инструмента, так и возможность решения самостоятельно определенной пользова-

телем. К последним относится ковка на радиально-ковочной машине.

Решение задачи с помощью программы DEFORM состоит из трех эт апов: препроцес-

сорная подготовка, получение решения и постпроцессорная обработка результатов. На ста-

дии препроцессорной подготовки выполняется:

 построение модели деформируемого тела и инструментов, а также расположение

объектов друг относительно друга,

 определение перемещения рабочего инструмента,

 выбор типа расчета, типа конечных элементов (КЭ) и критериев создания сетки КЭ,

 определение шага решения задачи и критериев автоматической остановки расчета,

 определение начальных и граничных условий,

 задание упруго-пластичных , термических и т.д. свойств материала.

Стоит отметить, что для создания п ростейших геометрических достаточно инстру-

ментария, представленного программным пакетом. При необходимости использования более

сложных конструкций инструмента и деформируемого тела, необходимо предварительно

создать виртуальный прототип объекта в среде автоматизированного проектирования Solid-

Works или КОМПАС 3D и перенести геометрию в препроцессор DEFORM.

После задания всех начальных параметров задачи и определения шага расчета может

выполняться решение. После начала расчета программа обращается за информацией о модели

к базе данных и выполняет вычисления. Результаты записываются в специальный файл базы

данных. Программой выполняется решение определяющих уравнений и получение результа-

тов для выбранного вида анализа, что требует значительных затрат машинного времени.

С помощью постпроцессорных средств программы имеется воз можность обратиться к

результатам решения и интерпретировать их. Результаты решения включают значения де-

формаций, температур, напряжени й, перемещений, скоростей и т.д. Итогом работы про-

граммы на постпроцессорной стадии является наблюден ие формоизменения деформируемо-

го тела в соответствии с заданным шагом расчета, графическое представление результатов

решения в виде эпюр на заготовке, а также представление результатов в виде графиков зави-

симостей результатов решения от времени расчета; возможна реализация отображения дан-

ных в виде гистограммы.

Поставленная выше задача по определению технологического усилия на рабочий ин-

струмент находит решение в постпроцессорной обработке результатов. В частности в про-

грамме есть возможность построить график зависимости усилия ковки от времени процесса.

На рис. 2 изображена трубная заготовка 34x2 перед волочением с диаметром закованной час-

ти 21 мм. Проведенные авторами многочисленные эксперименты по обработке различных

видов заготовок на РКМ AVS полностью подтверждают адекватность созданной модели.