Научно-исследовательская работа

Магнитно-импульсная штамповка: теория, технология и оборудование магнитно-импульсной штамповки; теоретическое обоснование выбора параметров технологических процессов, оснастки и оборудования (научные руководители: д.т.н., проф. Яковлев С.П., д.т.н., проф. Кухарь В.Д., д.т.н., проф. Талалаев А.К., д.т.н., проф. Проскуряков Н.Е.).

Исследованы особенности формоизменения в процессах раздачи цилиндрических заготовок с продольными ребрами жесткости и обжима трубчатых заготовок с узкими продольными пазами. Разработана методика расчета конструктивно-технологических параметров получения сборочного соединения с заданным усилием разъема. Осуществлен комплексный подход к разработке теории проектирования электромеханических процессов магнитно-импульсной штамповки с использованием основных положений механики сплошных сред, теории пластичности, уравнений математической физики и теории электрических цепей.

Лабораторная установка МИУ-20.

Комплексный подход при исследовании процессов и оборудования магнитно-импульсной штамповки позволяет расширять технологические области применения магнитно-импульсной штамповки и разрабатывать оборудование нового поколения, обладающего свойствами гибкости, для широкой группы деталей из различных материалов.

а)

б)

в)

г)

д)

е)

ж)

з)

Изделия, получаемые магнитно-импульсной штамповкой: а), б), в), г), д), е) - штамповка; ж), з) - сборка.

В результате теоретических и экспериментальных исследований процессов магнитно-импульсной штамповки полых цилиндрических заготовок, выполненных Яковлевым С.П., Талалаевым А.К., Чибисовым В.П., Кухарем В.Д., Проскуряковым Н.Е., Маленичевым Е.С., Селедкиным Е.М., Новиковым С.С. и др. установлено, что анизотропия механических свойств материала существенно влияет на деформационные параметры процессов магнитно-импульсной штамповки.

Ротационная вытяжка: теоретические и экспериментальные исследования процессов и разработка рекомендаций по проектированию технологии, оснастки и оборудования (научный руководитель д.т.н., проф. Юдин Л.Г.).

Изучение процесса ротационной вытяжки с помощью деформирующих элементов в виде шариковых и роликовых раскатных устройств проводилось д.т.н., проф. Юдиным Л.Г., д.т.н., проф. Вальтером А.И., к.т.н., доц. Маленичевым А.С. На основании выполненного комплекса исследований:

установлены условия образования наплыва материала перед фронтом деформирующих элементов в зависимости от степени утонения, осевой подачи, отношения толщины стенки к диаметру деформирующего элемента и обрабатываемого материала;

определены режимы ведения процесса, позволяющие получить оболочки практически без образования фестонов, что исключает операцию подрезки торца и создает условия для экономии металла;

Изделия, получаемые ротационной вытяжкой.

с помощью метода верхних оценок получены соотношения для теоретического анализа силовых параметров ротационной вытяжки цилиндрических оболочек;

созданы методики для расчета и проектирования технологических процессов, обеспечивающих надежное качество оболочек, и специальных шариковых и роликовых устройств.

Горячая изотермическая штамповка: разработка новых методов штамповки и математических моделей деформирования в режиме кратковременной ползучести и сверхпластичности (научные руководители д.т.н., проф. Яковлев С.П., д.т.н., проф. Яковлев С.С., к.т.н., доц. Базык А.С.).

По направлению "Изотермическая штамповка листового материала в режиме кратковременной ползучести" Яковлевым С.П., Яковлевым С.С., Матченко И.Н., Жуковой Н.В. и др. выполнены теоретические исследования свободного и несвободного деформирования в клиновидную матрицу узкой прямоугольной анизотропной мембраны, штамповки и калибровки трапециевидного элемента трехслойной листовой конструкции в процессе изотермической пневмоформовки с учетом пластической деформации и деформации ползучести, а также анизотропии механических свойств в указанных областях.

Установлено влияние анизотропии механических свойств исходного материала, закона нагружения, геометрических размеров заготовки и изделия на напряженное и деформированное состояния, кинематику течения материала и предельные возможности процесса пневмоформовки в режиме кратковременной ползучести. Показано, что при анализе процессов пневмоформовки недоучет пластической деформации может привести к погрешности определения, например, предельного угла раствора и критического времени разрушения на 20...50%.

Оценено влияние накопленной повреждаемости в процессе изотермической пневмоформовки на напряженно-деформированное состояние заготовки, на предельные возможности формоизменения, связанные с локальной потерей устойчивости и разрушением заготовки по накоплению микроповреждений.

Изделия, получаемые горячей изотермической штамповкой.

Проводились также исследования в области изотермического объемного деформирования сплавов, в том числе в состоянии сверхпластичности, группой исследователей Базыком А.С., Гвоздевым А.С., Пустовгаром А.С., Казаковым М.В., Гусевым И.А. и др.

Установлены закономерности влияния температуры, скорости деформации, исходной структуры материала на критерии и параметры изотермического деформирования и эффекта сверхпластичности высокоуглеродистых и быстрорежущих сталей. Получены уравнения регрессии, позволяющие оптимизировать процессы обработки давлением инструментальных углеродистых У8...У12 и быстрорежущих Р6М5 и 10Р6М5-МП сталей в режимах сверхпластичности и изотермического деформирования. Разработаны рекомендации по технологии получения заготовок режущего инструмента из указанных выше сталей в состоянии сверхпластичности.

Штамповка анизотропных заготовок: разработка теоретических методов анализа и расчета технологических параметров штамповки анизотропных материалов при различных температурно-скоростных условиях (научные руководители д.т.н., проф. Яковлев С.П., д.т.н., проф. Яковлев С.С.).

С 1990 г. под руководством проф. Яковлева С.П. и Яковлева С.С. на кафедре активно проводятся работы по развитию теории обработки металлов давлением анизотропных материалов при различных температурных условиях деформирования.

Детали, полученные методом штамповки анизотропных заготовок.

Для анализа процессов холодной штамповки предложен вариант теории пластичности начально ортотропного тела с анизотропным упрочнением, который основан на условии текучести Мизеса-Хилла, неоднородном расширении поверхности нагружения без перемещения в шестимерном пространстве напряжений и анизотропии, в предположении справедливости ассоциированного закона течения. Вводятся энергетические параметры упрочнения. Рассматриваются одно- и многопараметрические модели анизотропного упрочнения. Разработан подход к выбору математической модели анизотропного упрочнения ортотропного тела для анализа процессов пластического формоизменения. Сформулированы энергетический и деформационный критерии деформируемости ортотропного анизотропно-упрочняющегося материала в процессах обработки давлением листового материала, которые учитывают кроме влияния относительной величины среднего напряжения и параметр вида напряженного состояния.

Для анализа процессов формоизменения анизотропного листового материала при медленном горячем деформировании сформулированы уравнения связи между скоростями деформаций и напряжениями, получены уравнения состояния при ползуче-пластическом деформировании (кратковременной ползучести) анизотропного материала. Разработаны феноменологические модели разрушения (энергетическая и деформационная) анизотропного листового материала при кратковременной ползучести, основанные на принципе линейного накопления повреждаемости в области пластической деформации и деформации ползучести. Установлен критерий локальной потери устойчивости анизотропного материала при кратковременной ползучести.

Холодная штамповка на основе глубокой вытяжки и выдавливания: исследование и разработка новых технологических процессов и оптимизация параметров формоизменения (научные руководители д.т.н., проф. Яковлев С.П., д.т.н., проф. Яковлев С.С., д.т.н., доц. Евдокимов А.К., к.т.н., доц. Валиев С.А., д.т.н., доц. Басалаев Э.П.).

В 1980-90 гг. Валиевым С.А. и Яковлевым С.С. разработаны теоретические основы технологии комбинированного формоизменения полых изделий, сочетающих в пластической области схемы плоского напряженного и плоского деформированного состояний. Комбинированный процесс формоизменения комплексно изучен применительно к глубокой вытяжке изотропных и анизотропных материалов и обобщен ряд других формоизменяющих операций штамповки.

Теоретические исследования первой и последующих операций комбинированной вытяжки в конических и радиальных матрицах позволили получить простые соотношения для расчета усилий процесса и определения предельных степеней деформации. По этому направлению в работах Яковлева С.П., Яковлева С.С., Арефьева В.М., Перепелкина А.А. и др. выполнен теоретический анализ процессов вытяжки с утонением стенки и обратного выдавливания трубной заготовки из ортотропного анизотропно-упрочняющегося материала. Установлено влияние технологических параметров (степени деформации, геометрических характеристик инструмента, условий трения на контактных поверхностях рабочего инструмента и заготовки), характеристик начальной анизотропии механических свойств заготовки и анизотропного упрочнения на силовые режимы процессов (усилие, напряжение в стенке заготовки), изменение анизотропии механических свойств материала заготовки и предельные возможности формоизменения рассматриваемых технологических процессов.

Доцентами Валиевым С.А. и Коротковым В.А. выполнен комплекс работ по совершенствованию технологии комбинированной вытяжки для проектируемых АРЛ изготовления аэрозольных баллонов. Теоретический анализ позволил установить лимитирующие факторы, которые влияют на величину предельных коэффициентов вытяжки и утонения на первой и последующих операциях комбинированной вытяжки.

Теоретический анализ позволил определить критическую толщину стенки полуфабриката в зависимости от коэффициента вытяжки, степени плоскостной анизотропии, минимального коэффициента анизотропии и коэффициента упрочнения материала.

Детали, полученные холодным выдавливанием.

В работах сотрудников кафедры Евдокимова А.К., Борисова В.А. и Юдахина Е.В. получили дальнейшее развитие исследования таких методов ОМД, как прямое, обратное и комбинированное выдавливание. Методами линий скольжения и верхней оценки изучен характер течения металла, установлены зависимости усилий процесса от геометрии инструмента, условий смазки и степени деформации. Выявлено существенное влияние скорости скольжения материала относительно инструмента на силовые и деформационные параметры холодного обратного выдавливания при использовании жидких и пластичных технологических смазок. Показано, что процесс комбинированного выдавливания осуществляется при наличии сил активного трения. Изучено влияние геометрии инструмента и степень использования запаса пластичности. Установлены оптимальные формы пуансонов для конкретных условий деформирования (степень деформации, материал, применяемая смазка, вид прессового оборудования и т.д.).

Многие научные разработки кафедры внедрены на целом ряде предприятий г. Тулы и других городов России. У кафедры сложились хорошие творческие отношения с предприятиями Тулы и области, где одним из основных видов производства является обработка металлов давлением. Это Тульский машиностроительный завод им. В.М. Рябикова, Тульский оружейный завод, завод "Штамп", Тульский комбайновый завод, Тульский научно-исследовательский технологический института, предприятием "Сплав", завод им. С.М. Кирова и др.

Кафедра поддерживает творческие отношения со многими ведущими научно-исследовательскими институтами и вузами России, такими как НПО "ТЕХНОМАШ", НПО "Машиностроение" (г. Реутов), НПО им. С.А. Лавочкина, ПО "Арсенал", КБ "Салют", КБ "Химавтоматика" (г. Воронеж), ПО им. Сухого (г. Москва), НПО "Энергомаш" (г.Химки), Новомосковская СКБРТ, ГНПП "Сплав" (г. Тула), ЦНИИХМ (г. Москва), НПО "Базальт" (г. Москва), ЦНИИТОЧМАШ, (г. Климовск Московской обл.) и также с вузами страны: МГТУ им. Н.Э. Баумана, МАМИ, РИСХМ (г. Ростов-на-Дону), МОССТАНКИН, Уральский политехнический институт, Институт стали и сплавов (г. Москва), ОрелГТУ, Чувашский госуниверситет, ОАО ЦКБА (г. Тула). НИИ репрографии (г. Тула), МАИ, ВИАМ, Липецкий ГТУ и др.