1. Создана теория пластического формообразования анизотропных материалов при кратковременной ползучести и холодного пластического деформирования. Разработаны феноменологические модели разрушения в процессах формообразовании анизотропных материалов при различных температурно-скоростных режимах деформирования по накоплению повреждаемости материала с учетом ускорение процесса повреждаемости под влиянием уже накопленных в материале повреждений.

2. Предложен критерий локальной потери устойчивости ортотропного анизотропно упрочняющегося материала, полученный на основе критерия положительности добавочных нагрузок, для плоского напряженного состояния заготовки, а также плоского напряженного и плоского деформированного состояний заготовки.

3. Разработан критерий потери устойчивости трубной заготовки из анизотропного материала, который получен на основании статического критерия устойчивости. Сущность статического критерия устойчивости состоит в том, что рассматриваются состояния равновесия, бесконечно близкие к основному состоянию равновесия, т.е. при некотором значении нагрузки наряду с основной формой возможна другая форма равновесия, а именно, при несколько искривленной заготовке. Принимается, что в начальной стадии потери устойчивости при осадке свободно опертой заготовки концы заготовки защемлены.

4. Разработано условие пластической потери устойчивости в виде гофрообразования (волнистости) прямоугольной пластины из анизотропного материала в условиях плоского напряженного состояния на основе энергетического метода исследования потери устойчивости. Предполагается, что листовой металл пластически ортотропен; приобретенная анизотропия в процессе пластического формообразования мала по сравнению с начальной анизотропией; материал заготовки несжимаем; упрочнение материала изотропно; эффект Баушингера отсутствует.

5. Разработана теория течения анизотропных материалов при комбинированных схемах деформирования (обжим-раздача) в режимах кратковременной ползучести и холодного деформирования.

6. Разработана математическая модель операции вытяжки-обжима. Создана современная методика расчета операции вытяжки-обжима оболочек. Предложен подход к контролю качества полуфабрикатов, учитывающего технологические параметры операции вытяжки-обжима. Разработано программного обеспечения для расчета основных характеристик, количества переходов, размеров исходной заготовки, геометрии полуфабрикатов по переходам, готовых изделий и инструмента операции вытяжки-обжима. Разработана операция подштамповки профильной заготовки, позволяющей получать оболочки улучшенной конструкции с утоненной головной частью. Экспериментально получены зависимости механических свойств от измеренной вдоль оживальной части степени деформации материалов оболочек (биметалл №3 и латунь Л90) в процессе операции вытяжки-обжима. Установлены зависимости изменения коэффициента анизотропии от степени деформации материала оболочек по переходам операции вытяжки-обжима.

7. Разработаны математические модели первой и последующих операций изотермической комбинированной вытяжки цилиндрических деталей из трансверсально-изотропного материала в режиме ползучести. Получены основные уравнения и соотношения для анализа первой и последующих операций изотермической комбинированной вытяжки цилиндрических деталей из трансверсально-изотропных листовых материалов через радиальную и коническую матрицы в режиме ползучести. Разработаны алгоритм расчета силовых, деформационных параметров и предельных возможностей формоизменения, а также программное обеспечение для ЭВМ. На основе разработанных математических моделей деформирования выполнены теоретические исследования первой и последующих операций изотермической комбинированной вытяжки цилиндрических деталей при вязком течении анизотропного материала. Процессы изотермической комбинированной вытяжки рассмотрены для групп материалов, для которых справедливы уравнения энергетической и кинетической теорий ползучести и повреждаемости.

Установлены закономерности изменения напряженного и деформированного состояния заготовки, силовых режимов и предельных возможностей исследуемых технологических процессов комбинированной вытяжки, связанных с максимальной величиной растягивающих напряжений на выходе из очага пластической деформации и накоплением повреждаемости, от анизотропии механических свойств, технологических параметров, угла конусности или радиуса закругления матрицы, скорости перемещения пуансона, условий трения на рабочем инструменте и заготовке. Количественно определены предельные возможности формообразования, связанные с максимальной величиной растягивающих напряжений на выходе из очага пластической деформации (первый критерий) и накоплением повреждаемости (второй критерий), на первой и последующих операциях изотермической комбинированной вытяжки трансверсально-изотропных заготовок. Показано, что предельные возможности формоизменения при комбинированной вытяжке цилиндрических деталей в конических матрицах ограничиваются как первым, так и вторым критериями деформируемости.

Проведены экспериментальные работы по исследованиям силовых режимов первой и второй операций изотермической комбинированной вытяжки цилиндрических деталей из алюминиевого АМг6 и титанового ВТ14 сплавов. Сравнение теоретических расчетов и экспериментальных данных по силовым режимам первой и последующих операций изотермической комбинированной вытяжки цилиндрических деталей указывает на хорошее их согласование (расхождение не превышает 10 %).

На основе выполненных теоретических и экспериментальных исследований разработаны рекомендации по расчету технологических параметров глубокой вытяжки цилиндрических деталей с толстым дном и тонкой стенкой в режиме ползучести, которые использованы при разработке технологического процесса изготовления цилиндрической заготовки детали «Патрубок» из титанового сплава ВТ14. Технико-экономическая эффективность нового технологического процесса связана с сокращением трудоемкости изготовления деталей на 20 % (уменьшение объема механической обработки, устранение сварки), уменьшением металлоемкости заготовок на 10...15 % за счет сокращения величины припусков, повышением качества за счет геометрической точности и формирования волокнистой структуры.

8. Созданы математические модели первой и многоступенчатой вытяжки осесимметричных деталей из анизотропных высокопрочных трансверсально-изотропных материалов, применительно к изготовлению полусферических деталей. Разработаны основные уравнения и соотношения для анализа напряженного и деформированного состояний, силовых режимов и предельных возможностей формоизменения рассматриваемых процессов формообразования.

Выполнены теоретические и экспериментальные исследования первой и многоступенчатой вытяжки осесимметричных деталей из трансверсально-изотропных материалов. Разработан алгоритм расчета исследуемых процессов глубокой вытяжки и программное обеспечение для ЭВМ.

Установлено влияние технологических параметров и геометрии рабочего инструмента глубокой вытяжки на силовые режимы, предельные возможности пластического формоизменения и формирование показателей качества механических свойств материала цилиндрических деталей (степени использования ресурса пластичности). Выполнены расчеты силовых режимов формоизменения многоступенчатой вытяжки осесимметричных деталей. Определены предельные возможности формоизменения на первой и многоступенчатой вытяжки осесимметричных деталей на радиальных матрицах по максимальной величине растягивающего напряжения на выходе из очага пластической деформации и по степени использования ресурса пластичности. Показано, что предельные возможности формоизменения исследованных процессов глубокой вытяжки зависят от анизотропии механических свойств материала заготовки, технологических параметров, геометрии матрицы, условий трения на контактных поверхностях инструмента, а также технических условий эксплуатации получаемых изделий и могут ограничиваться степенью использования ресурса пластичности или максимальной величиной растягивающего напряжения на выходе из очага пластической деформации. Так предельные возможности деформирования на последующих операциях вытяжки алюминиевого сплава А5М ограничиваются допустимой величиной накопленных микроповреждений, а для титанового сплава ПТ-3Вкт – ограничиваются величиной осевого напряжения на выходе из очага пластической деформации.

Выявлено влияние кристаллографической текстуры на коэффициент нормальной пластической анизотропии гексагональных плотноупакованных (ГПУ) металлов. Показано, что способность листовых материалов к глубокой вытяжке может быть оценена по средним значениям косинуса угла между гексагональной осью и направлением нормали к плоскости листа. Полученное выражение для определения коэффициента анизотропии позволяет учесть влияние текстуры на величину коэффициента нормальной пластической анизотропии, при этом введенные текстурные параметры достаточно полно описывают пространственное распределение зерен в поликристалле. Для определения среднего значения коэффициента нормальной пластической анизотропии по данным о текстуре достаточную информацию можно получить из одной ОПФ, снятой с направления нормали к плоскости листа.

Экспериментально установлено, что при увеличении длительности отжига при температуре 650°С в листах сплава ПТ-3Вкт наблюдаются изменения текстуры, способствующие усилению благоприятных для штампуемости ориентировок. Многократные отжиги донной части штамповок не будут приводить к снижению качества изделия. Неоднократный межоперационный отжиг при температуре 650°С по 1 часу формирует в листе титанового сплава ПТ-3Вкт текстуру, благоприятную для штампуемости, и создает суммарную толщину газонасыщенного слоя не более 0,1 мм, что позволяет принять эту температуру, как оптимальную. Для уменьшения вероятности образования микротрещин, выводящих деталь за предел допуска по толщине, следует так строить технологический процесс ступенчатого набора титановых листов, чтобы число зон, имеющих максимальное (8-10) число знакопеременных деформаций (перегибов), было минимальным.

9. Разработаны математические модели процессов волочения труб из двухслойных материалов на длинных и коротких оправках в конических волоках. Получены основные уравнения и соотношения, необходимые для анализа кинематики течения материала, напряженного и деформированного состояний заготовки, силовых режимов и предельных возможностей формоизменения процессов волочения труб из двухслойных материалов на оправках с учетом механических характеристик основного и плакирующего слоев. Созданы алгоритм расчета силовых, деформационных параметров и предельных возможностей формоизменения, а также программное обеспечение для ЭВМ.

Выявлены закономерности изменения кинематики течения материала, напряженного и деформированного состояний трубы, показателей качества механических свойств материалов труб (степени использования ресурса пластичности и однородности механических свойств), силовых режимов и предельных возможностей формоизменения в зависимости от геометрических параметров заготовки и инструмента, степени деформации, механических свойств и толщин основного и плакирующего слоев двухслойного материала, условий трения контактных поверхностей инструмента и трубы. Оценена величина накопленной повреждаемости, неоднородности интенсивности деформации и механических свойств материала труб по толщине стенки от технологических параметров и геометрии рабочего инструмента. Показано, что величина неоднородности интенсивности деформации и напряжений в стенке трубы с уменьшением угла конусности волоки и коэффициента утонения падает, что говорит о более благоприятных условиях формирования механических свойств материала стенки изготавливаемой трубы. Определены предельные возможности деформирования, связанные с максимальной величиной растягивающих напряжений на выходе из очага пластической деформации и накоплением повреждаемости, при волочении труб из двухслойных материалов на длинной и короткой оправках.

Выполнены экспериментальные исследования по определению констант кривых упрочнения и разрушения двухслойной стали 12Х3ГНМФБА+08Х13. Проведены экспериментальные исследования процесса волочения труб на длинной оправке из двухслойной стали 12Х3ГНМФБА+08Х13 в конических волоках. Расхождение теоретических и экспериментальных данных по силовым режимам процесса волочения труб на длинной оправке не превышает до 10 %.

На основе разработанных математических моделей деформирования выполнены теоретические исследования процессов волочения труб с утонением стенки из двухслойных материалов на длинной и короткой оправках. Оценено влияние геометрических параметров трубы и инструмента, степени деформации, толщины основного и плакирующего слоев, условий трения контактных поверхностей инструмента и трубы на кинематику течения материала, напряженное и деформированное состояния трубы, формирование показателей качества механических свойств материалов труб (степени использования ресурса пластичности и однородности механических свойств), силовые режимы и предельные возможности формоизменения.

10. Создана комплексная математическая модель для операций обжима трубчатых заготовок, учитывающую параметры системы «установка - индуктор - заготовка». Установлены закономерности протекания электромеханических процессов и функционирования оборудования в операциях ЭМШ, позволяющие проводить параметрическую оптимизацию системы «установка-индуктор-заготовка» по критерию минимума энергоемкости на основе созданных математических моделей процессов обжима и раздачи трубчатых заготовок с использованием новых схемных решений функционирования оборудования и индукторных систем.

Предложено для снижения энергоемкости операции следующие режимы работы блочных высокочастотных магнитно-импульсных установок (МИУ) для формоизменения трубчатых заготовок: в первую очередь запускается более высокочастотный блок конденсаторов, затем менее высокочастотный; если частоты всех трех блоков одинаковы, то сначала запускается наиболее энергоемкий блок, а потом к индуктору подключаются два других блока конденсаторов. При обоих режимах работы соотношение энергий зарядки подключаемых блоков равно 1 : 1, то есть первоначально в разрядный контур передается не менее 50% запасенной энергии. Другие варианты практически не дают увеличения деформации заготовки.

Применение разветвленного магнитопровода в индукторе позволяет снизить энергоемкость операций обжима и раздачи импульсным магнитным полем на 7...20 % в операциях электромагнитной штамповки (ЭМШ) с применением различных форм магнитопровода. Радиальная деформация заготовки повышается в 1,2…1,6 раза при применении различных вариантов схем ферромагнитного провода в индукторе.

В результате проведенных исследований и моделирования операций электромагнитной штамповки установлено, что разработанные математические модели адекватно отражают физические закономерности реальных процессов.

Разработаны научно обоснованные технологические и конструкторские решения, включающие разработанные компьютерные модели и комплекс прикладных программ для численных расчетов исследуемых операций магнитно-импульсной штамповки, которые позволили значительно сократить трудоемкость расчетных работ, время выбора оптимального варианта технологии и оборудования, повысить качество принимаемых технических решений, что ускоряет научно-технический прогресс в данной области. Автоматизированная методика и комплекс прикладных программ использовались для проектирования и оптимизации параметров технологических операций, инструмента и узлов оборудования для получения полых цилиндрических деталей в ФГУП НПО «Техномаш» (г. Москва), что позволило на 30...50 % сократить объем работ по технологической подготовке производства при ЭМШ заготовок.

11. Разработана математическая модель электродинамических процессов, протекающих в системе «установка – индуктор - заготовка» в результате учета сопротивления токоподводов и собственной индуктивности установки, а также описания формоизменения заготовки на базе теории пластического течения Прандтля и Рейса. Показано, что наиболее эффективным индуктором для обжима является индуктор-концентратор, использование которого позволяет значительно увеличить деформацию заготовки по сравнению с одновитковым и четырехвитквым цилиндрическим индуктором. Разработана методика проектирования геометрии спирали индуктора-концентратора. Показано, что геометрия спирали существенно зависит от диаметра обрабатываемой заготовки.

Разработана математическая модель функционирования системы «установка – индуктор – заготовка» в составе многоблочной магнитно-импульсной установки при неодновременном разряде конденсаторных батарей. Показано, что для достижения наилучшего результата необходимо производить очередное подключение конденсаторных батарей в момент, когда ускорение заготовки достигает максимального значения, что может привести к увеличению степени деформации заготовки до 50%. Отработаны технологические режимы сборки изделий «трубка-фланец» и «баллон».

12. Создана математическая модель комбинированного выдавливания полых длинноосных стальных цилиндров. Выявлены закономерности для комбинированного выдавливания ступенчатых деталей с прямой и наклонной перемычкой, связывающие силовые, деформационные и кинематические параметры процессов с размерами заготовок и изделий, с механическими свойствами материалов, трением на контактных границах и геометрией инструмента с помощью выведенных математических моделей в виде опорных решений для различных стадий деформирования и видов пластического течения металла. Экспериментальным путем установлен характер течения материала и силовые параметры при комбинированном выдавливании ступенчатых деталей с образованием глобальных поверхностей разрыва при переходе от стационарной к конечной нестационарной стадии.

Разработаны алгоритм и программа для расчета оптимальных параметров технологии, с помощью которых получены зависимости предельной относительной длины стальных тонкостенных корпусов от толщины стенки готового изделия при их изготовлении с применением двойного выдавливания по схеме «обратное + комбинированное»

Выявлено, что на нестационарной стадии комбинированного выдавливания инструментом с прямыми кромками возникают три вида деформирования: комбинированное выдавливание при толщине перемычки > 0, чистовая резка сдвигом при толщине перемычки равной 0 и комбинированное редуцирование при толщине перемычки < 0. На этой стадии деформирования между кромками инструмента имеется поверхность глобального разрыва, по обе стороны которой материал движется на встречу друг другу. Причем при комбинированном выдавливании на этой поверхности действуют сжимающие напряжения, при комбинированном редуцировании – растягивающие, а при чистовой резке – напряжения сдвига. Переход от стационарной к нестационарной стадии по мере уменьшения толщины перемычки осуществляется при равенстве технологических сил и сопровождается трансформацией очага деформации и скачкообразным изменением его параметров.

Экспериментальные исследования ступенчатых полуфабрикатов по текстуре детали показали, что при комбинированном выдавливании на нестационарной стадии для всех рассмотренных видов существует глобальная поверхность разрыва в виде изломов линий текстуры и мертвые зоны в углах инструмента. Установлены также формы и размеры пластических областей.

Разработаны методики проектирования и алгоритма расчета по определению технологически возможной максимальной длины стальных полых цилиндров. Создана базовая технология получения рабочих цилиндров пневмогидравлических амортизаторов с наружным диаметром равным 35 мм, длиной – 227 мм, толщиной стенки – 2,5 мм. Показано, что при такой технологии увеличивается коэффициент использования материала на 10…15%, на 20% уменьшается количество операций технологического цикла, повышается производительность на 30%, снижается себестоимость на 8…12% и улучшается качество изделий. Спроектирована конструкция штампа для комбинированного выдавливания с регулировкой инструмента по разностенности полуфабриката в заданном поперечном сечении по результатам предварительного деформирования.

13. Разработана методика исследования напряженно-деформированного состояния заготовок при полугорячем выдавливании с использованием метода делительных сеток в режиме реального термосилового нагружения металла. Получены теоретические зависимости величины удельной силы методом верхней оценки, адекватно описывающие процесс полугорячего обратного выдавливания на стационарной стадии. Выходными параметрами процесса являются удельная сила, определяющая энергоёмкость процесса, и работоспособность деформирующего инструмента и характеристики качества. По разработанной методике экспериментально получены зависимости сопротивления деформированию ряда марок сталей при адиабатических условиях нагружения, учитывающие реальный процесс взаимодействия системы «инструмент - исходная заготовка» полугорячего выдавливания, которые используются для прогнозирования температуры нагрева инструмента, его стойкости и оценки силовых параметров процесса обратного выдавливания.

При теоретическом описании термосилового нагружения инструмента предложен новый подход к теоретической оценке стойкости инструмента полугорячего выдавливания в зависимости от температуры, удельной силы и времени контакта инструмента с нагретой заготовкой. На основе анализа напряженно-деформированного состояния тонкого приконтактного рабочего слоя инструмента разработана методика теоретического прогнозирования работоспособности инструмента в условиях термосилового нагружения, которая является составной частью модели стойкости инструмента.

Разработана и апробирована установка испытания образца-пуансона, представляющего собой уменьшенную копию натурного пуансона. Причем, основными параметрами, адекватно описывающими реальный процесс полугорячего деформирования, являются удельная сила и температурные условия нагружения.

На основе экспериментального исследования термосилового нагружения некоторых марок инструментальных сталей (рекомендованных в качестве материала при изготовлении пуансонов для полугорячего выдавливания) по разработанному методу получены математические зависимости модели стойкости пуансона (в виде регрессионных уравнений) и программное обеспечение, позволяющие на стадии проектирования прогнозировать возможное образование трещин разгара в инструменте и произвести оценку его долговечности с учетом установленных режимов технологического процесса без изготовления натурного пуансона. Полученные уравнения устанавливают количественные соотношения между экономически целесообразной стойкостью инструмента (количество циклов до появления разгарных трещин) с параметрами технологического процесса (температурный режим, удельная сила, скорость деформирования и условия трения). С учетом полученных зависимостей общая стойкость устанавливается на 50…60 % выше той, при которой образовались трещины разгара.

Разработаны рекомендации по стойкости пуансонов выдавливания, позволяющие с учетом особенностей процесса полугорячего деформирования, выбирать или температурный интервал обработки по верхней оценке (из условия отсутствия дефектов типа окисления), или - по нижней оценке (с минимально допустимой стойкостью пуансонов). В любом случае при выдавливании с предельными скоростями (время контакта пуансона с нагретой заготовкой не должно превышать 0,1 с) процесс полугорячего выдавливания следует осуществлять, исходя из условия минимальной удельной силы при предельно высоком, но допустимом (см. выше) температурном интервале. Использование результатов исследования позволяют научно обосновано выбрать рациональный температурно-скоростной режим полугорячего деформирования, параметры технологического оборудования и конструкцию штамповой оснастки исходя из требований точности поковок и стойкости инструмента.

Разработаны основные принципы проектирования новых технологических процессов полугорячего выдавливания, состоящие из способов получения и подготовки исходных заготовок, способов их нагрева и рациональных схем деформирования. Сформулированы требования к осуществлению технологических переходов с использованием полугорячего деформирования. Создана методика, позволяющая просчитать технологические переходы с учетом операций полугорячего выдавливания и путем установления рациональных температурно-скоростных режимов получать нужные механические свойства как на основной операции, так и на промежуточной, полуфабрикатом которой является поковка после полугорячего выдавливания. Сформулированы требования к реализации технологической операции, основанной на процессе полугорячего деформирования, с учетом накопленных степеней деформации и механических свойств и получением установочных базовых поверхностей, с выходом на штатную финишную технологию.

Разработанная на основании экспериментальных и аналитических исследований технология изготовления роликов приводных цепей позволила за один рабочий ход инструмента получать заданную геометрическую форму поковки детали и необходимый комплекс механических свойств. Для получения роликов приводных цепей в условиях крупносерийного производства разработана и изготовлена опытно-промышленная автоматическая установка полугорячего выдавливания.

Разработаны практические рекомендации по повышению эффективности процесса полугорячего выдавливания и оценки стойкости инструмента применительно к новым технологическим процессам. Созданы новые экспериментальные установки лабораторного и опытно-промышленного типа, включающие в себя нагревательные устройства с системой контроля, новые конструкции штамповой оснастки и инструмента, использовались современное технологическое оборудование и контрольно-измерительная аппаратура.

14. Разработана методика теоретического прогнозирования циклической стойкости пуансонов полугорячего выдавливания на базе решения задачи осадки цилиндра методом осредненных напряжений и осадки тонких полос (дисков) плитами в упругопластическом состоянии, учитывающая технологические параметры процесса полугорячего выдавливания. Создана методика экспериментального определения стойкости пуансонов полугорячего выдавливания с использованием модели реального пуансона - образца-пуансона, учитывающая разнообразие геометрических форм применяемых пуансонов.

Анализ расчетной схемы процесса нагружения пуансона показал, что разрушение пуансонов наступает из-за действия высоких, приближающихся к предельно допустимым, нагрузок; интенсивного тепловыделения; напряжения течения и интенсивности скорости деформации; периодического охлаждения поверхностного слоя пуансона смазочно-охлаждающим составом.

Экспериментально установлено, что температурный режим образца-пуансона зависит от количества тепла передаваемого образцу-пуансону за время каждого контакта с ударной пятой; от числа контактов в единицу времени; от нагрузки, действующей в процессе; от вида применяемой смазки. С целью определения перепада температуры поверхностного слоя при его кратковременных нагревах и охлаждениях решена задача нестационарного теплообмена. Задача теплообмена цилиндра конечных размеров решена путем его разложения на цилиндр и пластину неограниченной длины.

На основании проведенных анализов работы пуансонов в условиях полугорячего выдавливания разработаны алгоритм и программа «Стойкость», позволяющая получить значения ресурса малоцикловой усталости инструмента по характеристикам материала и технологическим параметрам процесса полугорячего выдавливания.

Разработана методика регистрации основных параметров процесса полугорячего выдавливания, которая позволила фиксировать значения температуры нагрева ударной пяты, силы нагружения образец-пуансона с целью выявления наиболее влиятельного параметра процесса на процесс разрушения рабочей части пуансонов. Варьирование в ходе эксперимента такими технологическими факторами как производительность и вид инструментальной стали позволит установить степень их влияния на стойкость пуансонов полугорячего выдавливания.

Примененный метод планирования эксперимента позволил сократить количество опытов при испытании образец-пуансонов, а кроме того, позволил с помощью корреляционного анализа получить зависимости, позволяющие спрогнозировать величину стойкости образец-пуансона, одновременно зависящую (и нескольких параметров. С помощью уравнений регрессии установлено, что стойкость инструмента наиболее сильно зависит от удельной силы и производительности, в меньшей мере от температуры. Благоприятно влияют на стойкость тройное взаимодействие между температурой, удельной силой и производительностью оборудования.

Разработаны программы «Корреляция» и «Расчет стойкости», которые позволяют спланировать проведение эксперимента; провести корреляционно-регрессионный анализ результатов; получить уравнение регрессии для испытываемого материала; выявить количественное влияние технологических параметров на результат эксперимента; получить оценку адекватности модели; получить возможность использования модели для расчетов стойкости при разных технологических режимах; провести пополнение базы данных материалом, для которых возможен расчет стойкости, рассчитать стойкость пуансонов при различных технологических режимах и материалах по имеющимся в базе данных уравнениям регрессии.

15. Разработана комплексная модель процесса вытяжки с утонением тонкодонных стаканов в конических матрицах с помощью совместного решения разрывных полей скоростей и напряжений с учетом различного трения на контактных границах. Созданы алгоритм и программы для расчета силовых, деформационных и ресурсных параметров вытяжки с утонением стенки тонкодонных деталей в конических матрицах. Установленные зависимости силовых, деформационных и ресурсных параметров от режимов деформирования и геометрии инструмент при вытяжке с утонением тонкодонных деталей в одно- и двухконусных матрицах, полученных на основе решения созданной комплексной модели. Расчет ресурса пластичности и определение возможности разрушения материала в стенке при вытяжке с утонением тонкодоннычх полуфабрикатов на базе разработанной комплексной модели.

Созданы рекомендации по проектированию технологических процессов изготовления тонкостенных цилиндрических стаканов с тонким дном из коррозионно-стойкой стали с использованием многооперационной вытяжки с утонением стенки в двухконусных матрицах. Получены рекомендации по выбору геометрии инструмента при различных режимах деформирования, которые позволяют достигать при вытяжке с утонением отношения толщины дна к толщине стенки полуфабриката до 0,25. Разработана технология для изготовления тонкостенных и цилиндрических стаканов с тонким дном из коррозионно-стойких сталей с использованием двухконусной матрицы.

16. Разработан принципиально новый подход к описанию граничных условий, в котором взаимодействие заготовки с инструментом представляет собой скольжение узлов конечно-элементной сетки по поверхности неподвижного и подвижного абсолютно жёсткого тела различной конфигурации. На основе этого подхода созданы математические модели формирования головной части на цилиндрической стержневой заготовке за один и несколько технологических переходов, которые позволяют установить как силовые режимы ведения процессов, так и реальную картину формоизменения, которую предварительно предсказать невозможно.

Установлены закономерности изменения напряжённого и деформированного состояний заготовки, силовых режимов, кинематики течения и предельных границ устойчивого деформирования (с точки зрения возможности разрушения) в зависимости от геометрических размеров заготовок и изделий, схемы деформирования, механических свойств материала и количества штамповочных переходов.

Созданы математические модели, позволяющие прогнозировать качество получаемых изделий в зависимости от их геометрических параметров и количества технологических переходов. Критерием качества изделий является степень использования запаса пластичности.

С помощью аппарата теории планирования многофакторного эксперимента установлены зависимости энергосиловых параметров от геометрии изделий. Выявлено, что наибольшее влияние на силу деформирования головок оказывает относительный диаметр формируемой головной части, максимальная сила деформирования реализуется при изготовлении на тонкой, высокой заготовке широкой, плоской головной части. Сила высадки конической головки в полтора раза больше, чем потайной, и в два с половиной раза выше, чем цилиндрической головной части.

Проведено теоретическое исследование процесса многопереходного выдавливания оживальной головной части на цилиндрическом стержне из сталей марок У12А и 20. Показано влияние материала заготовки на технологическую силу процесса. Установлено, что для каждого диаметра торца оживальной головной части наибольшая сила реализуется при максимальных значениях радиуса скругления и длины головки, и наоборот, минимальная сила требуется, чтобы получить головную часть с наименьшими параметрами радиуса скругления и длиной, независимо от механических свойств материала.

Установлено влияние геометрии изделия с оживальной головной частью на требуемое количество технологических переходов получения изделия, при условии, что после каждого штамповочного перехода, полученный полуфабрикат будет иметь хороший эксплуатационный уровень.

17. Разработан вариант методики инженерного расчета параметров процесса пневмоформовки листовых заготовок в состоянии сверхпластичности, базирующийся на прямом методе вариационного исчисления, теории пластического течения и методе конечных элементов. Создан комплекс вычислительных программ с развитыми средствами автоматизированной подготовки данных и визуализации результатов вычислений, что значительно облегчает его эффективное использование пользователями в условиях технологического отдела конкретного производства. Выполнены расчеты деформированного состояния листовых заготовок в условиях сверхпластичности при свободной пневмоформовке в матрицу заданной формы, которые позволили установить качественные и количественные закономерности образования утонений стенки изделия в зависимости от степени деформации, формы штампуемого изделия, материла заготовки и условий ее контактного взаимодействия с поверхностью инструмента.

Разработаны математические модели сверхпластического формообразования (СПФ) с регулированием утонения стенки на основе торможения деформации в заданной зоне с помощью тормозящих элементов различной формы. Предложена методика определения формы профиля исходной заготовки с неравномерной толщиной стенки по сечению, при пневмоформовке которой (свободной или в матрицу заданной формы) получается изделие с минимальными параметрами разнотолщинности. Применение сверхпластического формообразования полого изделия осесимметричной формы показало, что в этом случае можно достичь увеличения толщины стенки в донной части приблизительно в 4 раза. Разработанный технологический процесс СПФ изделия «Корпус» из сплава АМг6, позволяет, с учетом ряда технических и технологических ограничений, снизить разнотолщинность в изделии более чем на 20,6 %.

Разработан ряд технологических рекомендаций для реализации процесса СПФ листовых заготовок, в частности предложены: усовершенствованная конструкция устройства для пневмоформовки; конструкции формообразующих матриц; система нагрева оснастки для обеспечения необходимого температурного режима.

18. Разработана теория пластического формообразования изотропных и анизотропных квазинесжимаемых материалов на базе использования аффинных преобразований. Используя аффинные преобразования координат, компонент поля скоростей, компонент тензоров напряжений и скоростей пластических деформаций в рамках квадратичной функции напряжений формулируется гладкое условие предельного состояния и ассоциированных законов пластического течения цилиндрически-анизотропных сред. Выделен класс квазинесжимаемых, цилиндрически-анизотропных материалов, включающий как частные случаи модели сред, предложенные ранее Р. Хиллом, Матченко Н.М. и Толоконниковым Л.А. Посредством выбора обобщенных напряжений и соответствующих им обобщенных скоростей пластических деформаций для моделирующего материала ввведено изотропное изображающее пространство, в котором квадратичное условие пластичности квазинесжимаемой цилиндрически-анизотропной среды записывается в форме, аналогичной условию пластичности изотропной среды. Для моделирующей среды построена теория пластичности А.Ю. Ишлинского. Используя метод аффинного подобия, дано обобщение соотношений А.Ю. Ишлинского на случай цилиндрически-анизотропных сред. Показана замкнутость предложенных соотношений. Сформулировано условие полной пластичности моделирующей среды, которое в изотропном изображающем пространстве представляется как ребро призмы Треска, вписанной в цилиндр Мизеса. Выписаны соотношения ассоциированного закона пластического течения. Используя метод аффинного подобия, получены условия пластичности цилиндрически-анизотропного материала. Исследованы особенности пространственного течения цилиндрически-анизотропной среды. Получено решение обобщенной задачи Прандтля о сжатии цилиндрически-анизотропного тонкого слоя. Разработаны основные уравнения осесимметричной задачи цилиндрически-ортотропных сред. Гипотеза полной пластичности позволяет получить статически определимую задачу в напряжениях. На основании метода аффинного подобия сформулированы анизотропной среды в случае осевой симметрии. С использованием модифицированного условия полной пластичности решены задачи о выдавливании цилиндрически ортотропного материала из цилиндрической втулки и о вдавливании плоского штампа в цилиндрически ортотропное полупространство.

19. Теоретически обоснованы возможности интенсификации технологических процессов изготовления осесимметричных изделий на основе холодной обработки металлов давлением со знакопеременным деформированием. Созданы научно обоснованные методики проектирования наукоемких новых технологических процессов обработки металлов давлением изотропных и анизотропных материалов, реализуемых при различных температурно-скоростных режимах формообразования.

2007 г.

1. Создана теория пластического формообразования анизотропных материалов. Разработано условие устойчивости трубной заготовки в пластической области в виде образования симметричных складок на основе статического критерия устойчивости и условие потери устойчивости в виде гофров в очаге деформации при обжиме трубной заготовки, обладающей цилиндрической анизотропией механических свойств, на основе энергетического метода. Установлено, что в соответствии с условием устойчивости трубной заготовки в пластической области в виде образования симметричных складок увеличением степени деформации устойчивость заготовки и, следовательно, отношение диаметра к толщине трубной заготовки уменьшается и, достигнув минимума, начинает возрастать в связи с увеличением толщины стенки заготовки, упрочнения материала и уменьшением высоты заготовки. Показано влияние нормальной и цилиндрической анизотропии механических свойств исходной трубной заготовки на устойчивость в виде образования складок. Уменьшение коэффициента нормальной анизотропии приводит к более устойчивому протеканию процесса осадки трубной заготовки.

2. Предложен новый подход к анализу кинематики течения материала, напряженного и деформированного состояний, силовых режимов процессов пластического деформирования анизотропных трубных заготовок с локальным приложением нагрузки (ротационная вытяжка). Разработана математическая модель формоизменения трубной заготовки, обладающей цилиндрической анизотропией механических свойств, при ротационной вытяжке осесимметричных деталей с утонением стенки коническими роликами при учете локального очага деформации, фактической подачи металла в очаг пластической деформации и упрочнения материала. В отличие от известных решений при анализе кинематики течения материала в очаге пластической деформации принято, что процесс реализуется в условиях квазиплоской деформации, учитываются соответствующие величины касательных напряжений и начальная анизотропия механических свойств трубной заготовки. При анализе силовых режимов ротационной вытяжки не используются данные о распределении давления на контактной поверхности ролика и заготовки, рассчитанные при вытяжке с утонением стенки в процессе изготовления аналогичной детали. Предложено условие шейкообразования тонкостенной трубной заготовки из анизотропного материала при ротационной вытяжке коническими роликами по прямому способу на основе критерия положительности добавочных нагрузок.

Выполнены теоретические и экспериментальные исследования ротационной вытяжки цилиндрических деталей с утонением стенки коническими роликами. Установлено влияние анизотропии механических свойств материала трубной заготовки, степени деформации, угла конусности ролика, рабочей подачи, геометрических размеров исходной трубной заготовки и ролика на кинематику течения материала, напряженное и деформированное состояния, силовые режимы, степень использования ресурса пластичности, неоднородность интенсивности деформации и механических свойств материала цилиндрических деталей по толщине стенки, предельные возможности формоизменения. Показано, что с увеличением степени деформации, рабочей подачи и уменьшением угла конусности ролика, величины радиальных, осевых и тангенциальных составляющих сил растут. Интенсивность возрастания исследуемых составляющих сил существенно зависят от угла конусности ролика. Изменение условий трения на контактной поверхности оправки и заготовки существенно влияет на относительную величину осевой силы. При обработке деталей по схеме с разделением деформации радиальная и осевая составляющие силы имеют меньшие значения по сравнению с обработкой указанных деталей по однороликовой схеме обработки. Ротационная вытяжка с использованием 3-роликовых схем с разделением деформации позволяет снизить величины радиальных составляющих сил деформирования на 25...30 % по сравнению с аналогичной схемой обработки без разделения деформации. Результаты экспериментальных работ показали, удовлетворительную сходимость расчётных и экспериментальных значений сил, не превышающую 10…15 %.

Оценена величина накопленной повреждаемости, неоднородности интенсивности деформации и механических свойств материала цилиндрических деталей по толщине стенки от технологических параметров и геометрии рабочего инструмента ротационной вытяжки.

Определены предельные возможности формоизменения ротационной вытяжки коническими роликами цилиндрических деталей по степени использования ресурса пластичности, максимальной величиной растягивающего напряжения на выходе из локального очага пластической деформации и критерию шейкообразования тонкостенной трубной заготовки. Установлено, что предельные степени деформации при ротационной вытяжке могут ограничиваться максимальной величиной растягивающего напряжения на выходе из локального очага пластической деформации, критерием шейкообразования тонкостенной трубной заготовки и допустимой величиной степени использования ресурса пластичности. Этот факт зависит от механических свойств материала цилиндрической заготовки и технологических параметров процесса ротационной вытяжки с утонением.

Оценено влияние анизотропии механических свойств трубных заготовок на силовые режимы и предельные возможности формообразования процесса вытяжки с утонением стенки. Показано, что изменение характеристики анизотропии в условиях плоской деформации от - 0,5 до 0,5 приводит к росту относительных величин радиальной, тангенциальной и осевой составляющих сил более чем 35 %. С рост коэффициента анизотропии от 0,5 до 2,5 относительная осевая и тангенциальная составляющие сил ротационной вытяжки с утонением стенки уменьшаются на 15 %, а относительная радиальная составляющая силы возрастает на 10 %. В результате теоретических исследований установлено, что с уменьшением характеристики анизотропии и ростом коэффициента нормальной анизотропии предельная степень деформации, вычисленная по критерию шейкообразования тонкостенной трубной заготовки и максимальной величине осевого напряжения на выходе из очага пластической деформации, увеличивается (в 2…3 раза).

На основе выполненных теоретических и экспериментальных исследований разработаны рекомендации по расчету технологических параметров процессов ротационной вытяжки с утонением стенки тонкостенных осесимметричных деталей на специализированном оборудовании. Предложены два варианта технологического процесса изготовления бесшовных лейнеров из листовых и трубных заготовок из стали 12Х3ГНМФБА. Технологический процесс позволяет уменьшить трудоемкость изготовления осесимметричных сложнопрофильных деталей из стали 12Х3ГНМФБА; повысить точность геометрической формы и обеспечить качество изделия. При этом удается исключить из технологического цикла изготовления лейнеров ряд трудоёмких химических и прессово-термических операций.

3. Разработаны математические модели процессов обжима и раздачи трубных заготовок, обладающих цилиндрической анизотропией механических свойств; получены основные уравнения и соотношения для анализа операций обжима и раздачи анизотропных трубных заготовок. Выполнены теоретические исследования операций обжима конической матрицей и раздачи коническим пуансоном трубных анизотропных заготовок.

Установлено влияние технологических параметров, условий трения на контактной поверхности пуансона и заготовки, анизотропии механических свойств трубной заготовки на напряженное и деформированное состояния заготовки, геометрические размеры заготовки, силовые режимы и предельные возможности формообразования операций раздачи и обжима трубных заготовок коническим пуансоном. Выявлены оптимальные углы конусности пуансона при раздаче трубных заготовок и углы конусности матрицы при обжиме в пределах 12¼18°, соответствующие наименьшей величине силы. Установлено, что с ростом коэффициентов раздачи и обжима, коэффициента трения величина относительной силы возрастает. Показано, что с увеличением коэффициента раздачи относительная толщина кромки трубной заготовки существенно уменьшается, а при обжиме трубной заготовки с ростом коэффициента обжима относительная толщина кромки трубной заготовки увеличивается. Установлено, существенное влияние цилиндрической и нормальной анизотропии механических свойств трубной заготовки на силовые режимы Увеличение коэффициента анизотропии от 0,2 до 2 сопровождается ростом относительной величины силы более чем на 25 % при раздаче и на 15 % при обжиме. Увеличение величины коэффициента нормальной анизотропии от 0,2 до 2 при раздаче приводит к уменьшению относительной толщины кромки трубной заготовки на 15 %.

Оценены предельные возможности деформирования, связанные с максимальной величиной сжимающего напряжения по абсолютной величине на входе в очаг пластической деформации, локальной потерей устойчивости трубной заготовки (при раздаче), условием устойчивости трубной заготовки из анизотропного материала в пластической области в виде образования складок и феноменологического критерия разрушения анизотропного материала. Установлено, что по условию устойчивости трубной заготовки из анизотропного материала в пластической области в виде образования складок с увеличением величины степени деформации предельные коэффициенты раздачи и обжима уменьшаются. Увеличение относительной высоты цилиндрической части заготовки приводит к росту предельных коэффициентов раздачи и обжима. С увеличением коэффициентов раздачи и обжима величина накопленной повреждаемости возрастает. Интенсивность роста накопленной повреждаемости существенно зависит от коэффициентов раздачи и обжима. При больших коэффициентах раздачи и обжима интенсивность роста величины накопленной повреждаемости выше, чем при меньших. Накопленная величина микроповреждений при раздаче трубных заготовок значительно выше, чем при обжиме. Установлено, что с увеличением отношения диаметра к толщине заготовки значения предельного коэффициента обжима резко уменьшаются. Рост величины отношения диаметра к толщине заготовки с 25 до 250 сопровождается уменьшением предельного коэффициента обжима на 40 % при прочих равных условиях деформирования, как для алюминиевого сплава АМг6, так и стали 08кп. Установлено, не учет цилиндрической анизотропии механических свойств трубной заготовки при анализе процессов раздачи и обжима приводит к погрешности в оценке силовых режимов и предельных коэффициентов обжима порядка 30 %. Показано, что предельные возможности формоизменения при раздаче и обжиме трубных анизотропных заготовок могут ограничиваться как максимальной величиной сжимающего напряжения на входе в очаг пластической деформации, так и локальной потерей устойчивости трубной заготовки, условием устойчивости трубной заготовки в виде образования складок и феноменологическим критерием разрушения анизотропного материала. В каждом конкретном случае необходимо проверять каждый из перечисленных выше критериев деформируемости в зависимости от эксплуатационных требований на изделие.

Выполнены экспериментальные работы по исследованиям силовых режимов операций раздачи и обжима трубных заготовок из латуни Л63. Сравнение теоретических расчетов и экспериментальных данных по силовым режимам операций раздачи и обжима трубных заготовок из латуни Л63 указывает на удовлетворительное их согласование (расхождение не превышает 10…15 %).

Разработаны рекомендации по расчету технологических параметров операций раздачи и обжима трубных заготовок из анизотропных материалов, которые были использованы при разработке технологического процесса изготовления осесимметричных деталей из латуни Л63. В качестве исходной заготовки предложено использовать трубную заготовку.

4. Разработаны математические модели процесс обратного выдавливания тонко- и толстостенных трубных заготовок, обладающих цилиндрической анизотропией механических свойств, коническим пуансоном. Допускается, что условия трения на контактной поверхности инструмента с заготовкой подчиняется закону Кулона. Течение материала принимается установившееся. Материал трубной заготовки подчиняется условию пластичности Мизеса-Хилла и ассоциированному закону пластического течения. Получены основные уравнения и соотношения для описания течения материала в процессе обратного выдавливания трубных заготовок из анизотропных материалов. Компоненты тензора напряжений в очаге деформации определяются путем численного решения уравнений равновесия совместно с уравнениями теории пластического течения анизотропного материала. Учитывалось изменение направления течения материала на входе и выходе из очага деформации. Это изменение направления течения учитывается путем коррекции напряжения на границе очага деформации по методу баланса мощностей.

Силовые режимы процесса обратного выдавливания анизотропных трубных заготовок исследовались в зависимости от коэффициента утонения, угла конусности пуансона, анизотропии механических свойств материала заготовки. Установлено, что с увеличением степени деформации величина силы возрастает. Интенсивность роста тем выше, чем больше степень деформации. Выявлены оптимальные углы конусности пуансона в пределах 10¼ 20°, соответствующие наименьшей величине силы. Величина оптимальных углов конусности пуансона с увеличением степени деформации смещается в сторону больших углов. Показано, что изменение условий трения на контактной поверхности пуансона существенно влияет на величину силы. С ростом коэффициента трения на пуансоне величина силы возрастает. Этот эффект проявляется существеннее на малых углах конусности пуансона и больших величинах степени деформации.

Предельные возможности процесса обратного выдавливания трубной заготовки ограничивались допустимой величиной изменением толщины стенки заготовки (максимальной величиной осевого напряжения, передающего на стенку трубной заготовки) и допустимой степенью использования ресурса пластичности. Анализ результатов расчета показывает, что с увеличением угла конусности пуансона предельная степень деформации, определенная по максимальной величине осевого напряжения, передающегося на стенку трубной заготовки, незначительно возрастает. Установлено, что рекомендуемая степень деформации, вычисленная по степени использования ресурса пластичности, с уменьшением угла конусности пуансона возрастает. Показано, что предельные возможности формообразования при обратном выдавливании анизотропного материала могут ограничиваться как максимальной величиной осевого напряжения, передающегося на стенку детали, так и допустимой величиной степенью использования ресурса пластичности. Это зависит от технологических параметров, угла конусности пуансона и условий трения на контактных поверхностях инструмента.

Полученные результаты по силовым режимам и предельным возможностям формообразования качественно и количественно согласуются с экспериментальными данными.

5. Созданы элементы теории формоизменения анизотропных, разнородных двухслойных материалов в условиях плоского деформированного состояния. Разработана математическая модель процесса вытяжки с утонением полой цилиндрической заготовки из двухслойных анизотропных материалов с учетом анизотропии механических характеристик основного и плакированного слоев, анализ которой дает возможность определить кинематику течения материала, напряженное и деформированное состояния, формирование характеристик механических свойств детали в процессах пластического формоизменения, рассчитать предельные степени деформации в зависимости от максимальной величины растягивающего напряжения на выходе из очага пластической деформации и условий эксплуатации изготавливаемого изделия. Предложена приближенная методика учета упрочнения материалов в основном и плакирующем слоях материала для решения поставленной задачи.

Выполнены теоретические исследования процесса вытяжки с утонением стенки двухслойных анизотропных материалов, в результате которых выявлено влияние технологических параметров, геометрических размеров заготовки и инструмента, степени деформации, условий трения контактных поверхностей инструмента и заготовки на кинематику течения материала, напряженное и деформированное состояния заготовки, силовые режимы и предельных возможностей формоизменения.

Исследованы силовые режимы вытяжки с утонением стенки двухслойных анизотропных материалов в зависимости от степени деформации, условий трения контактных поверхностей инструмента и заготовки, толщины основного и плакирующего слоев. Установлено, что с уменьшением коэффициента утонения и увеличением угла конусности матрицы относительная величина силы возрастают. Так, рост коэффициента утонения с 0,5 то 0,9 сопровождается падением величины силы более чем в 3 раза при прочих равных условиях деформирования. Учет упрочнения существенно уточняет относительную величину силы, однако не изменяет характер влияния угла конусности матрицы, коэффициента утонения и условий трения на контактных поверхностях рабочего инструмента и заготовки. Установлено, что изменение условий трения на контактной поверхности пуансона существенно влияет на относительную величину силы. С ростом коэффициента трения на пуансоне величина относительной силы уменьшается. Этот эффект проявляется существеннее на малых углах конусности матрицы и величинах коэффициента утонения; при углах конусности матрицы 30 градусов увеличение коэффициента трения на пуансоне в четыре раза по сравнению с коэффициентом трения на матрицы приводит к незначительному (около 5 %) изменению относительной величины силы.

Показано, что величина неоднородности интенсивности деформации в стенке детали с уменьшением угла конусности матрицы и коэффициента утонения падает, что говорит о более благоприятных условиях формирования механических свойств материала стенки изготавливаемого изделия.

Оценены предельные возможности формообразования при вытяжке с утонением стенки двухслойных анизотропных материалов по максимальной величине растягивающего напряжения на выходе из очага пластической деформации и по степени использования ресурса пластичности. Показано, что увеличение угла конусности матрицы и уменьшение коэффициента утонения приводит к росту максимальной величины микроповреждений на выходе из очага пластической деформации. Установлено, что с увеличением угла конусности матрицы предельный коэффициент утонения увеличивается, т.е. ухудшаются условия утонения. Различие предельных коэффициентов утонения, определенных с учетом и без учета упрочнения материала, составляет около 15%. Показано, что с ростом угла конусности матрицы величина предельного коэффициента утонения увеличивается. Так, увеличение угла конусности матрицы от 6 до 30 градусов сопровождается ростом величины предельного коэффициента утонения на 45 %. Установлено, что изменение условий трения на контактной поверхности пуансона существенно влияет на предельный коэффициент утонения. С ростом коэффициента трения на пуансоне снижается предельное значение коэффициента утонения. Предельные возможности формоизменения при вытяжке с утонением стенки цилиндрических деталей ограничиваются как максимальной величиной растягивающего напряжения на выходе из очага пластической деформации, так и степенью использования ресурса пластичности. Это зависит от анизотропии механических свойств первого и второго слоев двухслойных материалов заготовки, технологических параметров, геометрии матрицы и условий трения на контактных поверхностях инструмента.

Оценено влияние анизотропии механических свойств цилиндрических полых заготовок из двухслойных материала на силовые режимы и предельные возможности формообразования процесса вытяжки с утонением стенки. Показано существенное влияние анизотропии механических свойств исходной заготовки на силовые режимы и предельные возможности формообразования.

Предложена методика экспериментального определения анизотропии механических свойств двухслойных материалов. В отличие от известных методик определения механических характеристик двухслойных материалов, когда механические свойства двухслойных листов оценивают свойствами материала основного слоя, предложено их оценивать как свойства основного и плакирующего материалов слоев. Экспериментально определены характеристики анизотропии механических свойств основного и плакированного слоев.

Проведены экспериментальные исследования вытяжки с утонением стенки двухслойных материалов в конических матрицах. Сопоставление результатов теоретических и экспериментальных исследований по силовым режимам процесса вытяжки с утонением стенки цилиндрических деталей из двухслойных материалов указывает на удовлетворительное их согласование.

Разработаны рекомендации и создано программное обеспечение для ЭВМ по расчету технологических параметров вытяжки с утонением двухслойных анизотропных материалов. Разработан новый технологический процесс изготовления заготовок под закатку горловины баллонов высокого давления из стали 12Х3ГНМФБА+08Х13 с высокими эксплуатационными характеристиками. Экспериментальные характеристики готовых изделий соответствуют всем техническим требованиям. Разработаны и внедрены мероприятия по использованию надежных технологических смазок на формоизменяющих операциях. Предложено в качестве смазки использовать «Препарат коллоидно-графитовый водный ПСВ». Гидростатические испытания баллонов высокого давления (опытных изделий) превышающими нагрузками показали их соответствие техническим требованиям на испытания.

6. На базе метода конечных элементов предложена комплексная математическая модель процессов пластического формоизменения, в основу которого положена теория малых упругопластических деформаций, адаптированная для описания больших пластических деформаций путем использования пошагового алгоритма нагружения, с учётом истории деформирования, переменности и сложности границ пластической области, трения на поверхности контакта и возможности разрушения материала.

Создана математическая модель многопереходной и многооперационной обработки металлов давлением, основанная на изменении граничных условий в процессе поэтапного решения задач. При анализе напряжённого и деформированного состояний заготовки учитывается восстановление параметров материала при смене переходов и операций.

На основе разработанной математической модели процесса осадки кольцевой заготовки в ступенчатую матрицу проводились исследования напряженного и деформированного состояний полуфабриката. Проанализированы особенности кинематики течения металла, которые выражаются в возникновении зон затрудненного деформирования, связанных с деформированием кольца в ступенчатую матрицу переменного диаметра. Проведен анализ влияния основных технологических параметров, таких как трение на границе контакта материала и инструмента, диаметр относительной полости матрицы, геометрия заготовки на силовые характеристики процесса. Получены сравнительные характеристики величин удельной силы процесса при реализации различных схем деформирования.

Разработана математическая модель процесса вытяжки трубчатых заготовок из листового материала. Выполнены исследования процессов вытяжки с утонением и без утонения стенок. Проведены сравнения результатов численного исследования с экспериментальными данными.

Разработана математическая модель процесса осадки головных частей стержневых осесимметричных заготовок. Выполнены исследования процесса осадки осесимметричных стержневых заготовок с целью выявления наилучших условий заполнения профиля получаемого изделия.

7. Разработана математическая модель электродинамических процессов, протекающих в системе «установка – индуктор - заготовка». Установлены закономерности протекания электромеханических процессов и функционирования оборудования в операциях электромагнитной штамповки, позволяющие проводить параметрическую оптимизацию системы «установка-индуктор-заготовка» по критерию минимума энергоемкости на основе созданных математических моделей процессов обжима и раздачи трубчатых заготовок с использованием новых схемных решений функционирования оборудования и индукторных систем.

Создана новая установка для электромагнитной штамповки, отличающаяся от аналогов тем, что содержит генератор импульсов, соединенный со счетчиком, соединенным с тремя датчиками времени, каждый из которых соединен с соответствующим ключевым устройством, соединенным параллельно через нормально замкнутые контуры магнитно-импульсной установки (МИУ) друг с другом и параллельно нормально замкнутому контуру МИУ. Разработана модульная магнитно-импульсная установка наборного типа с изменяемой энергоёмкостью от 7,5 до 60 кДж.

8. Создана математическая модель обратного выдавливания осесимметричных деталей с активным трением и действием противодавления, зависящих от пластических свойств исходного материала. Установлены закономерности, позволяющие оптимизировать операцию. Разработана математическая модель процесса обратного выдавливания с одновременной вытяжкой выдавленной стенки, учитывающей элементы активного трения и противонатяжения. Определен диапазон режимов, в котором возможна реализация процесса. Предложена математическая модель обратного выдавливания с одновременным редуцированием заготовки. Выявлены оптимальные режимы деформирования, обеспечивающие минимальные силовые параметры процесса.

9. Предложена новая математическая модель процесса ротационной вытяжки (РВ) с утонением стенки по прямому способу формоизменения и разделением очага деформации с использованием многорядных раскатных устройств с давильными элементами (ДЭ) различной формы. Математические зависимости получены на основе метода совместного решения приближенных уравнений равновесия и уравнения пластичности, учитывался локальный характер очага деформации, фактическая подача материала в очаг пластической деформации. Принималось, что процесс реализуется в условиях плоской деформации, при которой в окружном направлении деформации равны нулю.

Выполнены теоретические и экспериментальные исследования РВ цилиндрической детали с утонением стенки ДЭ различной геометрической формы: шариковыми, роликовыми с рабочей радиусной поверхностью, роликовыми с рабочей конусной поверхностью. Установлено влияние геометрических размеров ДЭ на силовые параметры процесса РВ. Установлено, что при фиксированной станочной подаче, с увеличением степени деформации происходит уменьшение фактической подачи, что следует учитывать при определении силовых параметров процесса РВ. С увеличением станочной подачи и степени деформации наблюдается заметный рост результирующей и составляющих сил. Интенсивность возрастания результирующей и составляющих сил существенно зависит от радиуса шарикового ДЭ, диаметра роликовых ДЭ, угла конусности ролика и способности металлов к упрочнению. Сравнение результатов теоретических расчетов и экспериментальных данных по силовым режимам РВ показывает на их удовлетворительное согласование (до 10…15 %).

Методами математической статистики и теории планирования эксперимента построены математические модели формирования высоты неровности поверхности и разностенности цилиндрических деталей из алюминиевого сплава АД, изготавливаемых РВ с разделением очага деформации на токарном оборудовании с применением двухрядного роликового раскатного устройства в зависимости от степени деформации, величины рабочей подачи, числа оборотов вращения заготовки. Оптимизация полученных регрессионных зависимостей позволила выявить наиболее рациональные режимы РВ, при которых можно получать изделия с заданными параметрами качества. Проведенное сравнение с аналогичными экспериментами процесса РВ без разделения очага деформации позволило определить технологические параметры, при которых качество получаемых изделий с использованием схемы с разделением очага деформации становится более высоким.

На основе выполненных теоретических и экспериментальных исследований разработаны рекомендации по расчету технологических параметров процесса РВ с утонением стенки и разделением очага деформации, позволяющие обосновать выбор технологического оборудования, размеров и формы ДЭ и получением изделий требуемого качества. Разработана и изготовлена оснастка, обеспечивающая осуществление РВ с утонением стенки и разделением очага деформации в осевом направлении.

Разработан технологический процесс изготовления цилиндрической детали из алюминиевого сплава АД, при котором существенно увеличивается коэффициент использования металла, уменьшается трудоемкость изготовления изделия и обеспечивается требуемое качество, получены опытные образцы с требуемыми размерными и качественными характеристиками. Предложена конструкция двухрядного роликового раскатного устройства. Себестоимость изготовления детали уменьшается по сравнению с существующей технологией за счет увеличения коэффициента использования материала с 0,51 до 0,79. Трудоемкость изготовления снижается на 15…20 % за счет устранения операций механической обработки и шлифования.

10. Развита теория изотермического деформирования анизотропных листовых материалов с учетом реальных механических свойств заготовки (анизотропии механических свойств, упрочнения, вязких свойств материала заготовки). Для анализа локализации деформаций нагретого листового анизотропного материала предложен критерий, основанный на постулате устойчивости Друкера для реономных сред, позволяющий рассчитать предельную деформацию в зависимости от закона нагружения и анизотропии механических характеристик исходного материала. Предложен критерий устойчивости анизотропной трубной заготовки в виде образования складок при ее деформировании в режиме кратковременной ползучести на основе статического критерия устойчивости. Критерий устойчивости анизотропной цилиндрической заготовки может быть использован для оценки устойчивого протекания ряда операций изотермического деформирования, таких как обжим и раздача, обратное выдавливание трубных заготовок в режиме кратковременной ползучести.

11. Разработаны математические модели осесимметричного изотермического деформирования круглой анизотропной мембраны (купола) из трансверсально-изотропного материала и формоизменения круглой анизотропной мембраны из материала, обладающего плоскостной анизотропией механических свойств, при ползучем течении материала. На основе разработанных математических моделей деформирования выполнены теоретические исследования изотермического формоизменения куполообразных деталей при вязком течении анизотропного материала. Рассмотрены возможные варианты изотермического формоизменения при известных законах изменения давления от времени, а также случаи деформирования при постоянной скорости деформации и постоянном давлении. Теоретические исследования процессов изотермического деформирования выполнены для групп материалов, поведение которых описывается уравнениями энергетической или кинетической теорией ползучести и повреждаемости. Установлены закономерности изменения напряженного и деформированного состояния заготовки, геометрических размеров мембраны и предельных возможностей деформирования, связанных с локализацией деформации и накоплением повреждаемости, от анизотропии механических свойств (коэффициентов нормальной и плоскостной анизотропии) и накопленных микроповреждений, геометрических размеров заготовки и детали, закона её нагружения при изотермическом деформировании круглой анизотропной мембраны. Показано существенное влияние коэффициентов нормальной и плоскостной анизотропии механических свойств на напряженное и деформированное состояния, геометрические размеры и предельные возможности изотермического формоизменения куполообразных деталей.

Выполнены экспериментальные исследования применительно к изготовлению сферических листовых оболочек-емкостей, удовлетворяющих техническим условиям эксплуатации (необходимые уровень прочности, коррозионной стойкости и герметичности в заданных условиях) из специальных листовых титановых сплавов типа ВТ6, ВТ6С, ВТ14, ВТ20, ВТ23 и алюминиевых сплавов типа АМг6, 1971, 1911 и 1201, применяемых в ракетно-космической технике.

Экспериментально отработаны технологические схемы изготовления куполообразных деталей на одной рабочей позиции: нагрев, вакуумирование - формообразование - термофиксация – охлаждение; уточнены температурно-скоростные режимы деформирования, определены законы изменения давления газа, установлены предельные степени деформации и оценено качество деталей.

12. Разработаны математические модели изотермической вытяжки квадратных и прямоугольных коробчатых деталей из трансверсально-изотропного и материала, обладающего плоскостной анизотропией механических свойств в режиме кратковременной ползучести. Получены основные уравнения и соотношения, необходимые для анализа кинематики течения материала, напряженного и деформированного состояния заготовки, силовых режимов и предельных возможностей формоизменения изотермической вытяжки коробчатых деталей из анизотропных листовых материалов. Учитывается, что анизотропия механических свойств материала заготовок вызывает неравномерное распределение напряжений в зонах деформаций фланца. Дополнительным фактором этого является неосиметричность форм заготовок и вытягиваемых изделий. Теоретические исследования процессов изотермического деформирования выполнены на основе теории кратковременной ползучести анизотропного материала. Упругими составляющими деформации пренебрегаем. Вводится потенциал скоростей деформации анизотропного тела при кратковременной ползучести. Компоненты скоростей деформации определялись в соответствии с ассоциированным законом течения. При кратковременной ползучести по аналогии с работами Р. Хилла и Н.Н. Малинина введены понятия эквивалентного напряжения и эквивалентной скорости деформации. Для вытяжки квадратных и прямоугольных деталей из высокопрочных анизотропных материалов, деформирование которых сопровождается деформационным упрочнением и температурно-скоростным разупрочнением, на базе экстремальной верхнеграничной теоремы пластичности, предложен кинематический расчет сил.

Рассмотрен процесс изотермической вытяжки низкой квадратной коробки из плоской листовой заготовки по схеме «круг – квадрат», изотермической вытяжки прямоугольных коробчатых деталей с относительно большими угловыми радиусами, которые вытягивают из овальных заготовок; с небольшим относительным угловым радиусом, которые вытягивают из заготовок прямоугольной формы с угловыми радиальными закруглениями; с малым относительным угловым радиусом, которые вытягивают из заготовок прямоугольной формы со скошенными кромками. Предложены расчетные схемы изотермической вытяжки квадратных и прямоугольных коробчатых деталей. Процессы изотермической вытяжки низких квадратных коробчатых деталей рассмотрены для групп материалов, для которых справедливы уравнения энергетической и деформационной теории кратковременной ползучести.

Установлено влияние технологических параметров, анизотропии механических свойств, условий трения на контактных поверхностях рабочего инструмента и заготовки, скорости перемещения пуансона на силовые режимы исследуемых технологических процессов. Показано, что с увеличением скорости перемещения пуансона, коэффициента трения на контактной поверхности рабочего инструмента и заготовки и уменьшением коэффициента нормальной анизотропии величина силы процесса возрастает. Установлено влияние технологических параметров, скорости перемещения пуансона, анизотропии механических свойств листового материала на кинематику течения материала, напряженное и деформированное состояния заготовки и предельные возможности деформирования, связанные с максимальной величиной осевого напряжения на выходе из очага пластической деформации, допустимой величине накопленных микроповреждений и критерием локальной потери устойчивости листовой заготовки. Установлено, что предельная угловая степень вытяжки, вычисленная по максимальной величине осевого напряжения на выходе из очага пластической деформации, с увеличением скорости перемещения пуансона возрастает. Изменение относительного радиуса закругления матрицы от 3 до 15 приводит к уменьшению предельной угловой степени вытяжки на 10 %. Увеличение относительной величины давления прижима от 0,05 до 3,0 сопровождается падением предельной угловой степени вытяжки на 15 % при заданных условиях деформирования. Показано, что предельная угловая степень вытяжки, связанная с допустимой величиной накопленных микроповреждений, с увеличением скорости перемещения пуансона уменьшается при вытяжке прямоугольной коробки из овальной заготовки из алюминиевого сплава АМг6, подчиняющегося энергетической теории ползучести и повреждаемости. Установлено, что с увеличением относительной величины давления прижима и коэффициента трения предельная угловая степень вытяжки уменьшается при вытяжке прямоугольной коробки из алюминиевого АМг6 и титанового ВТ6 сплавов. Установлено, что предельные возможности формоизменения в режиме ползучего течения материала, поведение которого подчиняется кинетической теории ползучести и повреждаемости (титановый сплав ВТ6), не зависят от скорости перемещения пуансона. Предельная угловая степень вытяжки, вычисленная по условию локальной потери устойчивости (шейкообразованием) заготовки, с увеличением скорости перемещения пуансона увеличивается. Рост относительной величины давления прижима и коэффициента трения приводит к уменьшению предельной угловой степени вытяжки при вытяжке прямоугольной коробки из алюминиевого АМг6 и титанового ВТ6 сплавов.

Выполнены экспериментальные работы по исследованиям силовых режимов операции изотермической вытяжки коробчатых деталей из алюминиевого АМг6 и титанового ВТ6 сплавов. Сравнение теоретических расчетов и экспериментальных данных по силовым режимам операций изотермической вытяжки низких квадратных и прямоугольных коробчатых деталей указывает на хорошее их согласование (расхождение не превышает 10 %).

На основе выполненных теоретических и экспериментальных исследований разработаны рекомендации по расчету технологических параметров изотермической вытяжки низких квадратных и прямоугольных коробчатых деталей в режиме кратковременной ползучести.

13. Разработана математическая модель изотермической вытяжки с утонением стенки тонкостенных и толстостенных цилиндрических деталей из анизотропных материалов. Получены основные уравнения и необходимые соотношения для анализа кинематики течения материала, напряженного и деформированного состояния, силовых режимов и предельных возможностей формоизменения изотермической осесимметричной вытяжки с утонением стенки тонкостенных и толстостенных цилиндрических деталей из анизотропных материалов в режиме ползучести. Выполнены теоретические исследования изотермической вытяжки с утонением цилиндрических деталей при вязком и вязкопластическом течении анизотропного материала. Процессы изотермической вытяжки рассмотрены для групп материалов, для которых справедливы уравнения энергетической и кинетической теорий кратковременной ползучести и повреждаемости.

Установлены закономерности изменения напряженного и деформированного состояния заготовки, силовых режимов и предельных возможностей исследуемых технологических процессов вытяжки с утонением стенки, связанных с допустимой величиной накопленных микроповреждений, от технологических параметров, угла конусности матрицы, скорости перемещения пуансона, условий трения на рабочем инструменте и заготовке и исходной анизотропии механических свойств материала заготовки. Показано, что с увеличением угла конусности матрицы, уменьшением коэффициента утонения и отношения диаметра к толщине заготовки относительная величина осевого напряжения возрастает. Установлено, что с увеличением скорости пуансона от 0,01 мм/с до 0,04 мм/с относительная величина осевого напряжения при вытяжке с утонением цилиндрических заготовок из алюминиевого сплава АМг6 возрастает на 40 %, а при вытяжке с утонением титанового сплава ВТ6 увеличение скорости перемещения пуансона от 0,005 мм/с до 0,02 мм/с приводит к росту относительного осевого напряжения в 2 раза. Выявлено существование оптимальных углов конусности матрицы в пределах 12¼24°, соответствующие наименьшей величине силы, при коэффициентах утонения ≥0,6. При величинах коэффициентов утонения ≤0,6 увеличение угла конусности матрицы приводит к уменьшению относительной силы. Величина оптимальных углов конусности матрицы с уменьшением коэффициента утонения смещается в сторону больших углов. Величина силы существенно зависит от скорости перемещения пуансона и коэффициента утонения. Показано, что с увеличением скорости перемещения пуансона величина относительной силы возрастает. Интенсивность роста увеличивается с уменьшением коэффициента утонения. Изменение условий трения на контактной поверхности пуансона и матрицы существенно влияет на относительную силу. С ростом коэффициента трения на матрице величина силы возрастает. Этот эффект проявляется существенно при малых величинах коэффициента утонения. С увеличением коэффициента утонения относительная величина силы уменьшается. Установлено, что отношение диаметра к толщине заготовки не оказывает существенного влияния на силу процесса.

Количественно определены предельные возможности формообразования при вытяжке с утонением стенки анизотропных цилиндрических заготовок, связанные с допустимой величиной накопленных микроповреждений. Показано, что при вытяжке с утонением высокопрочных материалов, поведение которых описывается энергетической теорией ползучести и повреждаемости, с увеличением угла конусности матрицы и скорости перемещения пуансона предельный коэффициент утонения увеличивается, т.е. ухудшаются условия утонения. Результаты расчетов показывают, что предельные возможности формоизменения вытяжки с утонением стенки цилиндрических деталей из материала, поведение которого подчиняется кинетической теории ползучести и повреждаемости, в режиме ползучести не зависят от скорости перемещения пуансона. Установлено, что с увеличением угла конусности матрицы и скорости перемещения пуансона предельный коэффициент утонения возрастает. Рост коэффициента трения на пуансоне (при фиксированном коэффициенте трения на матрице) снижается предельное значение коэффициента утонения.

Оценено влияние анизотропии механических свойств на силовые режимы и предельные возможности формообразования изотермической вытяжки с утонением стенки в режиме ползучести. Установлено, что величины относительного напряжения и силы увеличиваются с ростом коэффициента анизотропии и уменьшением коэффициента утонения. Увеличение коэффициента нормальной анизотропии от 0,2 до 2 приводит к росту относительных величин осевого напряжения на 40 %, а силы - на 25 %.

Сравнение теоретических расчетов и экспериментальных данных по силовым режимам операции изотермической вытяжки с утонением стенки указывает на удовлетворительное их согласование (расхождение не превышает 10 %).

На основе выполненных теоретических и экспериментальных исследований разработаны рекомендации по расчету технологических параметров изотермической глубокой вытяжкой цилиндрических деталей в режиме ползучести.

14. Разработано научное обеспечение технологических основ стойкости штампового инструмента при изготовлении роликов и втулок цепей полугорячим выдавливанием с учетом механических характеристик материала исходных заготовок, позволившее установить влияние основных технологических параметров процесса на изменение силового режима, формирование характеристик качества и обеспечение стойкости штампового инструмента.

Специально спроектированные и изготовленные экспериментальные установки, оснащенные необходимыми приспособлениями и регистрирующей аппаратурой, позволили определить характеристики механических свойств сталей 15, 50 и 30ХН3А в зависимости от температуры, степени и скорости деформации, и показали их хорошее согласование с аналогичными характеристиками других марок сталей того же класса.

Определены рациональные температурно-скоростные режимы полугорячего выдавливания конструкционных сталей 15, 50, 30ХН3А (температурный интервал обработки 720…7600С, скорость деформирования 2…8 м/с). Разработана методика определения интенсивности напряжения этих сталей в зависимости от температуры, степени и скорости деформации, соответствующей скорости деформации процесса, используемого для производства роликов и втулок цепей, при адиабатических условиях испытаний стандартных образцов. Для обеспечения температурных условий работы инструмента устанавливается режим слежения верхней границы температурного интервала полугорячего выдавливания с соблюдением рациональных параметров процесса. Построены графические зависимости основных механических характеристик (предел текучести, относительное удлинение) и кривые упрочнения исследуемых марок сталей от температуры, степени и скорости деформации.

С использованием экспериментального метода координатных сеток выявлена геометрия очага пластической деформации при полугорячем обратном выдавливании стальных заготовок в интервале степеней деформации, характерных для рассматриваемого класса цилиндрических деталей.

Разработана математическая модель силового нагружения пуансона полугорячего обратного выдавливания, отличающаяся реализацией экспериментального выявления размеров и формы очага пластической деформации в условиях реального процесса полугорячего обратного выдавливания заготовок из жесткопластического материала на стационарной стадии.

На основании принятого кинематически возможного поля скоростей получено теоретическое решение, позволяющее для заданных условий деформирования определить силовое нагружение инструмента по методу верхней оценки с учетом геометрических размеров заготовки, степени деформации, условий трения контактных поверхностей инструмента и заготовки. Показано, что величина удельной силы при полугорячем выдавливании заготовок из конструкционных сталей в диапазоне степеней деформации 0,4…0,6 не превышает величины 1000 МПа, что обеспечивает минимально допустимую (по экономическим соображениям) стойкость инструмента. При этом обеспечиваются такие температурные условия работы инструмента, при которых температура рабочей части пуансона не превышает температуру разупрочнения исследуемых марок инструментальных сталей, рекомендованных для изготовления формообразующего инструмента полугорячего выдавливания.

В полученном теоретическом решении коэффициент контактного трения не оказывает существенного влияния на изменение деформирующей силы на пуансоне обратного выдавливания. В тоже время, увеличение средней величины интенсивности напряжения, которая в свою очередь зависит от температурно-скоростных условий деформирования, приводит к увеличению силового режим нагружения пуансона и снижению его стойкости.

На базе уравнений механики деформируемого твердого тела разработан теоретико-экспериментальный подход к прогнозированию стойкости наиболее нагруженного элемента инструмента – пуансона для полугорячего выдавливания стальных заготовок, позволяющий при решении задачи о сжатии тонкого приконтактного слоя рабочей части пуансона установить влияние основных технологических параметров (температура, удельная сила и частота хода кузнечно-прессовой машины (определяет время контакта инструмента с нагретой заготовкой)) на циклическую стойкость по условию образования разгарной трещины и обеспечения температурных условий работы инструмента, при которых температура его рабочей части не превышает температуру разупрочнения инструментальной стали.

Разработана методика экспериментального исследования стойкости пуансонов для полугорячего выдавливания деталей типа роликов и втулок цепей и проведены испытания образца-пуансона (уменьшенная геометрически подобная модель натурного пуансона) на специальной установке (на уровне изобретения) с применением независимого нагрева и силового нагружения. С использованием метода математической статистики и теории планирования эксперимента разработана математическая модель прогнозирования стойкости пуансонов, изготовленных из сталей Р6М5, 4Х5МФС, 3Х3М3Ф, в зависимости от изменения основных технологических параметров. Показано, что циклическая стойкость инструмента существенно зависит от частоты хода кузнечно-прессовой машины и в меньшей степени от удельной силы и температуры процесса. Полученное уравнение регрессии позволяет устанавливать такие параметры основных технологических факторов в натуральном масштабе, при которых полное накопленное значение интенсивности деформации не превышает предельно допустимой величины для данного материала инструмента, а цикловая стойкость при этом будет максимальной. Сравнение результатов теоретических расчетов и экспериментальных данных указывает на их удовлетворительную сходимость (до 15 %).

Методами математической статистики и теории планирования эксперимента построены математические модели изменения силовых параметров нагружения пуансона для полугорячего выдавливания роликов и втулок цепей из сталей 15, 50 и 30ХН3А от температуры, степени деформации, относительной высоты заготовкии угла торца рабочей части пуансона. С использованием полученных уравнений регрессии выявлены значения технологических факторов в натуральном масштабе, при которых минимально установленная удельная сила, при её использовании в математической модели прогнозирования стойкости, позволит получить максимальную величину цикловой стойкости с выдачей рекомендаций о целесообразности применения конкретной марки стали (например, Р6М5, 4Х5МФС или 3Х3М3Ф) для изготовления штампового инструмента. Сравнение результатов теоретических расчетов и экспериментальных данных по силовому нагружению пуансона для полугорячего обратного выдавливания стальных заготовок указывает на их удовлетворительное согласование (до 15%). Сформулированы требования к термообработке исследуемых марок инструментальных сталей для пуансонов полугорячего выдавливания в зависимости от условий его эксплуатации.

Разработаны математические модели изменения характеристик качества цилиндрических деталей (твердость, разностенность и шероховатость поверхности), изготовленных полугорячим обратным выдавливанием заготовок из легированной стали 30ХН3А пуансоном с цилиндрической формой рабочей части, от температуры, степени деформации, относительной высоты заготовки и угла торца рабочей части пуансона.

На базе совместной реализации научно обоснованных технологических решений по обеспечению стойкости штампового инструмента и теоретико-экспериментального подхода к её определению разработаны рекомендации по проектированию технологических процессов изготовления цилиндрических деталей с применением операции полугорячего выдавливания. Разработаны новые технологические процессы изготовления роликов приводных цепей шага 25,4 мм; 31,75 мм; 38,1 мм; 50,8 мм из легированной стали 30ХН3А с улучшенными эксплуатационными характеристиками, а также технологические процессы изготовления роликов и втулок тяговых цепей шага 160 мм, 200 мм, 400 мм из сталей 15 и 50, отличительными особенностями которых являются использование пруткового материала в качестве заготовки, а полугорячее выдавливание является основной формоизменяющей операцией технологии. В процессе освоения новых технологий созданы опытные устройства нагрева, новые конструкции штамповой оснастки, использовалось современное оборудование.

15. Разработана теория пластического формообразования изотропных и анизотропных квазинесжимаемых материалов на базе использования аффинных преобразований. Известно, что энергия линейно-упругого деформирования анизотропного материала, в общем случае не расщепляется на шаровую часть и девиаторную. При воздействии на анизотропный материал гидростатического давления линейно-упругое деформирование сопровождается не только изменением объема, но и изменением формы. Предлагается посредством введения аффинных преобразований координат, компонент вектора перемещения, компонент тензора напряжения и деформации выделить объемно-изотропные аффинные пространства, в которых энергия линейно-упругого деформирования материала тригональной сингонии расщепляется на шаровую часть и девиаторную. Параметры аффинного преобразования подбираются таким образом, что бы энергия линейно-упругого деформирования в физическом и аффинном пространствах была тождественной. Выписаны уравнения для определения компонент аффинного преобразования. Аффинные пространства, в которых энергия упругого деформирования анизотропного материала называются объемно-изотропными. Рассмотрены собственные векторы и собственные значения энергии деформирования в объемно-изотропном пространстве. Шестимерное пространство собственных векторов квадратичной формы энергии деформации анизотропного материала, записанной в объемно-изотропном пространстве, расщепляется два независимых пространства – шаровое и девиаторное. Сформулированы предельные поверхности линейно упругих деформаций анизотропного материала. Показано, что предельная поверхность, разделяющая упругую и пластическую область квазинесжимаемого материала, записанная в виде квадратичной формы, определяется только пятью характеристиками пластичности. Остальные параметры предельной поверхности вычисляются через характеристики упругих свойств.

16. Создана математическая модель процесса штамповки точных осесимметричных поковок с переменными диаметром и толщиной стенки из трубных заготовок с учетом упрочнения и разупрочнения металла в процессе деформирования. Установлены закономерности влияния технологических параметров и геометрии инструмента на силовые режимы и предельные возможности процесса штамповки точных осесимметричных поковок с переменными диаметром и толщиной стенки из трубных заготовок. Показано, что учет разупрочнения при смене знака пластической деформации существенно уточняет удельную силу процесса. Учет разупрочнения при смене знака пластической деформации при расчете удельной силы процесса штамповки точных осесимметричных поковок с переменными диаметром и толщиной стенки из трубных заготовок позволил снизить величину на 5…20% по сравнению с расчетом без учета разупрочнения и расширить границы области устойчивого протекания процесса.

Проведены экспериментальные исследования процессов обжима и обжима с утонением трубных заготовок; получены экспериментальные зависимости изменения толщины стенки на конусе поковки и силовых режимов процесса от технологических параметров и геометрии инструмента. Установлено, что расхождение теоретических расчетов удельной силы процесса штамповки точных осесимметричных поковок с переменными диаметром и толщиной стенки из трубных заготовок с экспериментальными значениями не превышает 15%. Определена принципиальная разница в наличии основных характерных стадий процессов обжима и обжима с утонением стенки заготовки. Показано, что оптимальные углы конусности матрицы, характеризующиеся минимальной удельной силой процесса при обжиме с утонением меньше чем при обжиме.

Разработаны научно обоснованные рекомендации по проектированию технологических процессов изготовления точных осесимметричных поковок с переменными диаметром и толщиной стенки из трубных заготовок. Разработан технологический процесс изготовления поковок переходника трубопровода из малоуглеродистой стали, включающий в себя операцию штамповки точных осесимметричных поковок с переменными диаметром и толщиной стенки из трубных заготовок. Технико-экономическая эффективность процесса связана с сокращением сроков производства, трудоемкости изготовления поковки на 20% (уменьшение объема механической обработки), уменьшением металлоемкости заготовки на 10% за счет сокращения величины припусков и геометрической точности изготавливаемой поковки.

17. Выполнено теоретическое и экспериментальное обоснования применения знакопеременного деформирования для изготовления деталей ответственного назначения типа «Облицовка» из меди М1. Разработана методика и проведены экспериментальные исследования по определению предельных деформаций ряда металлов при знакопеременном деформировании. Созданы методики расчета и выбора режимов штамповки деталей с заданным качеством и особо мелкозернистой структурой. Разработан технологический процесс изготовления точных заготовок для детали «Облицовка» с особо мелкозернистой структурой зерна 8…10 баллов и выше.

18. Созданы научно обоснованные методики проектирования наукоемких новых технологических процессов обработки металлов давлением изотропных и анизотропных материалов, реализуемых при различных температурно-скоростных режимах формообразования.