CC BY
44
Bibliographic list
1. Zhuravleva L. V. Application of aluminum alloys in freight railcar abroad // Railway transport. Ser. Wagons and wagon economy. Repair of cars. — 2004. — № 1-2. — P.21-36.
2. Gelver S. A. Investigation of the stress-strain state of a truck vagon aluminum alloys with the physical nonlinearity of the material // Transport Urals. — 2008. — № 4. — P. 20-23.
3. Gelver S. A. Methods for analysis of stressstrain state of structures rolling stock with an elastic-plastic material behavior // Actual problems of the transport complex: abstracts Russian Scientific-practical conference. (Samara city, fev. 2009, 25-27). Samara, 2009. — P. 125-128.
Гельвер Сергей Александрович - кандидат технических наук, доцент кафедры «Физика и химия» Омского государственного
университета путей сообщения. Основное направление научных исследований - расчеты на прочность транспортных конструкций. Общее количество публикаций - 17. е- mail: gelversa@rambler. ru
Колунин Александр Витальевич - кандидат технических наук, доцент кафедры "Тепловые двигатели и автотракторное
электрооборудование" Сибирской автомобильно-дорожной академии (СибАДИ). Основное направление научных исследований -экологическая безопасность эксплуатации ДВС на основе использования альтернативных видов топлива. Общее количество публикаций - 15. е-mail: kolunin2003@mail.ru
Ширлин Иван Иванович - кандидат технических наук, доцент кафедры "Тепловые двигатели и автотракторное
электрооборудование" Сибирской автомобильно-дорожной академии (СибАДИ). Основное направление научных исследований -экологическая безопасность эксплуатации ДВС на основе использования альтернативных видов топлива. Общее количество публикаций - 19. е-mail: sii_dvs@mail.ru
Марков Александр Борисович доцент кафедры Ремонта бронетанковой и автомобильной техники Омского филиала военной академии тыла и транспорта. Основное направление научных исследований -восстановление деталей автомобилей газотермическими способами напыления. Общее количество публикаций - 9. е- mail: Abmarkov5696rambler.ru
УДК 621.777.4: 621.73.043
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ УНИФИЦИРОВАННЫХ РАСЧЕТНЫХ СХЕМ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ПРОЦЕССОВ ТОЧНОЙ ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ
А. В. Евстифеев, А. А. Александров, В. В. Евстифеев, И. И. Завьялов
Аннотация. Показана возможность использования унифицированных расчетных схем для анализа силового режима, текущего и конечного формоизменения заготовок групп комбинированных процессов объемной штамповки. Такие схемы составляются либо из типовых блоков или отдельных элементов, в которых уже заданы поля скоростей, либо из базовых и дополнительных расчетных схем простых процессов выдавливания и высадки. Это позволяет упростить составление специального программного обеспечения технологической подготовки производства.
Ключевые слова: холодная объемная штамповка, процессы комбинированного выдавливания, унифицированные расчетные схемы, алгоритм.
Введение
При определении деформирующих сил, текущего и конечного формоизменения заготовок для некоторой группы операций объемной штамповки можно, без ущерба для точности решений, использовать
обобщенные (унифицированные) расчетные схемы [1].
Основная цель унификации состоит в том, чтобы свести до минимума общее количество
расчетных схем для анализа всего множества способов формообразования, используемых для изготовления изделий основных типов [2]. Единообразие схем дает возможность упростить составление специального программного обеспечения, повысить его универсальность, особенно при
формировании типовых наборов операций для унифицированных технологических процессов.
Основная часть
Набор признаков, по которым проводится унификация расчетных схем, определяется на этапе выбора исходных данных для разработки математических моделей. Для процессов холодной объемной штамповки такие признаки связаны с особенностями конструкции инструмента и его взаимодействия с металлом заготовки, с характером кинематики течения металла. Причем, многие из них можно оценить при экспериментальном исследовании.
Например, общая картина течения, формирования очагов пластической деформации и положение границ раздела течения хорошо выявляются по искажению координатных сеток на меридианной плоскости составных образцов или слоев многослойных заготовок, по формированию макроструктуры, по методу Муара, по распределению твердости и т. д.
Принципы унификации могут быть реализованы различными способами, в том числе формированием расчетных схем из «готовых» блоков, составленных для процессов прямого, обратного или поперечного выдавливания (и т.д.), когда верхний и нижний очаги пластической деформации разделены жесткой зоной.
Удовлетворительные результаты
решений при анализе кинематических характеристик и силового режима процессов холодной объемной штамповки можно получить вариационными методами, которые связаны с построением кинематически возможных полей скоростей [3, 4]. Варьируемые параметры (размеры очагов пластической деформации, положения границ раздела течения, форма рабочих поверхностей и др.) определяются с использованием, например, энергетического принципа возможных изменений
деформированного состояния; они должны принимать значения, соответствующие минимальным деформирующим силам на пуансоне в любой момент деформации.
Большинство известных расчетных схем относится к анализу процессов выдавливания изделий из «коротких» заготовок, когда очаги пластической деформации смыкаются по горизонтальным границам [4, 5, 6, 7 и др.].
Практический интерес представляют также процессы комбинированного выдавливания фасонных изделий из «высоких» (отношение высоты к диаметру больше 1,5) заготовок.
В результате опытной штамповки установлено, что в процессах комбинированного выдавливания пуансон не только внедряется в заготовку, формируя верхний очаг пластической деформации, но и перемещает ее вниз относительно неподвижных контрпуансона и матрицы. Только при таком условии может формироваться нижний очаг пластической деформации. Форма и размеры его зависят только от вида процесса и соотношения поперечных размеров матрицы и контрпуансона. Параметры верхнего очага зависят от сопротивления проталкиванию остальной части заготовки. Так, если вверху истечение металла происходит по схеме обратного выдавливания, то глубина очага уменьшается при увеличении сопротивления (рис. 1.).
Между верхним и нижним очагами деформации находится жесткая зона («пробка»), которая проталкивается через контейнер при сопротивлении сил трения со стороны его стенок.
Так как пластические зоны под торцом пуансона и над торцом контрпуансона разобщены (по крайней мере в начале процесса деформирования), то расчетные схемы комбинированных процессов можно составлять из двух схем: базовых и дополнительных. Базовыми являются схемы процессов прямого, обратного, поперечного, прямого с раздачей и других способов выдавливания изделий из сплошных или кольцевых заготовок (таблица 1). Схемами дополнительными являются, за некоторыми исключением, такие же схемы. Возможные их сочетания в комбинированных процессах указаны знаками (+) (в таблице 2 - для выдавливания изделий из сплошных заготовок, в таблице 3 - для выдавливания изделий при встречном движении пуансона и контрпуансона). В последнем случае дополнительными схемами являются схемы, в которых контрпуансоны перемещается снизу вверх навстречу пуансону.
030
03О
0 1 г 3
5
В 7 в 9 10
н 12
13 14
15 1В 17 а
13 ял
ли 21 22. 23 гь гв ее
1
20
—гЬ
5) ¿7 26 424
29 30
уроббнь нижнего
Ш§то4ки
в)
Рис. 1. Искажение координатной сетки (а, в) при комбинированном выдавливании двуполостного стакана; Уровни неискаженной сетки (б)
Особенности анализа процессов комбинированного выдавливания
осесимметричных изделий из высоких заготовок рассмотрим на примере двух процессов: SP 0301 и SP 0403 (рис. 2.). В
данном случае схемы формируются из базовых схем ^04, SP03) и дополнительных (03,01): SP04+03; SP03+01.
Таблица 1 - Унифицированные блоки (фрагмент поля)
о
о
г г
-1
ц—
П
ГП
гп
ГП1
т
ГШ
р ч
РТЧ
Р1~Ч
Разработанные математические модели позволяют определить влияние соотношений поперечных размеров инструмента, относительной высоты заготовки, расстояния между пуансоном и контрпуансоном или матрицей и коэффициента трения на высоты очагов пластической деформации ^Х<| и hX2) и изменение удельной деформирующей силы при различных степенях деформаций в базовых и дополнительных схемах.
Анализ моделей указывает на то, что размеры нижних очагов деформации зависят только от поперечных размеров инструмента и коэффициента трения. Поэтому готовые
решения для нижних схем можно использовать при их сочетании с любыми верхними.
Для процесса комбинированного выдавливания (ЭР 0201) изделия типа стержня с отростками вверху и внизу, характерным отличием которого является отсутствие течения металла в зазоры между пуансоном и матрицей, относительные размеры очагов деформации зависят исключительно от относительных радиусов пуансона и очка матрицы, от коэффициента трения.
я
Рис. 2. Расчетные схемы процессов комбинированного выдавливания: а - для способа ЭР 0403; б - для способа ЭР 0301
Таблица 2 - Возможные комбинации расчетных схем выдавливания из сплошных заготовок
Что касается анализа процессов, осуществляемых при встречном движении пуансонов (таблица 3), где на векторах направлений течения металла в направлении движения контрпуансонов нанесены штрихи, то можно отметить следующее. Когда рассматривается комбинация основных и дополнительных расчетных схем одного типа при одинаковых размерах инструмента и скоростях движения инструментов, то для определения силового режима выдавливания и параметров очагов деформации можно использовать готовые решения, полученные для простых процессов.
Когда рассматривается комбинация разнотипных схем или однотипных схем при разных размерах инструментов и скоростях движения пуансонов и контрпуансонов, то при определении формоизменения и силового режима следует учитывать смещение заготовки относительно матрицы в сторону пуансона или контрпуансона.
Если необходимо, то расчет какого-либо процесса комбинированного выдавливания можно выполнить последовательно от стадии к стадии с использованием соответствующих модификаций расчетных схем.
Так, процесс ЭР 0301 можно рассматривать последовательно на стадиях (рис. 3.) когда:
- очаги пластической деформации не распространяются на всю толщину деформируемой части заготовки и не перекрываются (рис. 3 а);
- очаги пластической деформации перекрываются, но каждый из них меньше расстояния между пуансоном и матрицей (рис. 3 б);
- высота одного из очагов становится равной расстоянию между пуансоном и матрицей (рис. 3 в);
- высоты обоих очагов деформации равны толщине заготовки под пуансоном (рис. 3 г).
Таблица 3 - Возможные комбинации расчетных схем выдавливания изделий при встречном движении нижнего и верхнего пуансонов
СХЕМЫ АОПОЛНИТ. 5Р 02 5Р 03 ВР05 5Р£77 $Р 09 5Р /5 5/343 ¿Р 44 $Р45 ¿Р46 ЬР47 5Р48 ВР49 ЗР 43
и ш J_ ил КЛ ш ш !м \
44 Т + + + 4- 4- +
п 4- + + 4- н- +
46 п + + + + + +
47 + + + + + +
46 ш 4- + -+ + + +
50 п +
51 т + 4- 4- + 4- +
52 п -ь 4- 4- 4- 4- 4-
53 п 4- 4- + 4- 4- 4-
54 ч + 4- 4- + 4- 4-
55 ж 4- + 4- 4- + 4-
50 п 4-
11
0
~тт*\
У
Ш
/
и
и
/I 7 гт-рп г 4
Ж
В)
/ г.
р
гШп
а
-Т-I >¿14
Щг ь 1
гг
0
311 \1\4 ±_1_
г)
ГШ
0
'■и"
1
Рис. 3. Расчетные схемы процесса комбинированного выдавливания стакана с отростком на различных его стадиях: П - пуансон; М - матрица
Корректировка размеров НХ1, НХ2
*
Вычисление Р сг$
Кк=КкЧос11
/ывод окончательных у результатов
КОНЕЦ
Сравнение НХ1 и НХ2 с НТ; возможны варианты: НХ1>НТ, а НХ2<НТ => ПХ1-НТ; НХ1 <НТ, а при НХ2>НТ -> НХ2=НТ; ИХ1>НТ; и НХ2>НТ НХ1-НХ2=ЫТ.
Расчет промежуточных значений Р а$
Вывод промежуточных результатов Ж
Выбор минимального значения Р
Рис. 4. Алгоритм расчета процессов холодной объемной штамповки
Для преобразования математических моделей в программу для ЭВМ использованы формальные правила языка Object Pascal. Геометрические размеры инструмента, заготовки и поковки представляются в безразмерных единицах символами. Алгоритм расчета представлен на рисунке 4.
Заключение
Предлагаемую методику целесообразно использовать для определения
технологических параметров процессов холодной объемной штамповки, в которой расчетные схемы (а значит и математические модели) составляются из готовых блоков, что позволяет существенно сократить время подготовки производства
Библиографический список
1. Евстифеев В. В. Разработка унифицированных расчетных схем для проектирования технологических процессов холодного осесимметричного выдавливания / В. В. Евстифеев, В. В. Грязнов, И. В. Маркечко // Малоотходные технологические процессы холодной объемной штамповки. - М: Мосстанкин, 1984. - С. 96-111.
2. Евстифеев В. В. Научное обоснование, обобщение и разработка прогрессивных технологий холодной объемной штамповки: автореф. дис. ... доктора техн. наук / В. В. Евстифеев. - М: МВТУ им. Н. Э. Баумана, 1994. 382 с.
3. Степанский Л. Г. Расчеты процессов обработки металлов давлением / Л. Г. Степанский. - М: Машиностроение. 1979. - 215 с.
4. Теория обработки металлов давлением / Тарновский И. А., Поздеев А.А. Ганаго О. А. и др. -М: Металлургиздат, 1963. - 672 с.
5. Джонсон В. Механика процесса выдавливания металла / Пер. с англ. // В. Джонсон, Х. Кудо. - М: Металлургия, 1965. - 176 с.
6. Оленин Л. Д. Расчет технологических переходов и конструирование инструмента для холодного комбинированного выдавливания / Л. Д. Оленин // Кузнечно-штамповочное производство. -1972. - № 1. - С. 9 - 12.
7. Степанский Л. Г. Пластическое течение металла при двусторонней закрытой прошивке / Л. Г. Степанский // Кузнечно-штамповочное производство. -1964. - № 3. - С. 8 - 11.
USING THE UNIFIED DESIGN SCHEME THE DESIGN PROCESS DETAILED FORGING
A. V. Evstifeev, A. A. Alexandrov, V. V. Evstifeev, I. I. Zav'yalov
The possibility of using a unified design schemes for the analysis of the power mode, and the end of the current workpiece forming groups combined forging processes. Such schemes are drawn up either of typical units or individual items, which are already set
the velocity field, or of basic and advanced design schemes simple processes extrusion and uplift. This simplifies the preparation of special software technological preparation of production. Ill. 3. Bible 7.
Keywords: Cold forging, extrusion processes are combined, unified design schemes, the algorithm.
Bbibliographic list
1. Evstifeev V. V. Development of unified design schemes for the design process of an axisymmetric cold extrusion / V. Evstifeev , V. V. Gryaznov , I. V. Markechko // Low-waste processes cold forming . - M: Mosstankin , 1984 . - P. 96 - 111 .
2. Evstifeev V. V. The scientific rationale , review and development of advanced technologies cold forming : Author. dis. ... The doctor tehn. science / V. Evstifeev - Moscow: Moscow State Technical University . N. E. Bauman , 1994 . 382 p .
3. Stepansky. L. G. Calculations of metal forming / L. G Stepansky - M: Mechanical Engineering. 1979 .
- 215 p.
4. Theory of Metal Forming / Tarnowski I. A., Pozdeev A. A. Ganago OA etc. - M: Metallurgy, 1963 .
- 672 p.
5. Johnson W. Mechanics of metal extrusion process / Per. from English. // B. Johnson , H. Kudo . -M: Metallurgy, 1965 - 176 p .
6. Olenin L. D. Calculation of technological transitions and design tool for composite cold extrusion / L. D. Olenin // Forging and stamping production . - 1972 . - № 1. - P. 9 - 12.
7. Stepansky L. G. Plastic flow of metal at a bilateral closed firmware / L. G. Stepansky // Forging and stamping production . - 1964 . - № 3. P. 8 - 11.
Евстифеев Александр Владиславович-инженер - руководитель подразделения Омский НИИ приборостроения (ОНИИП). Основные направления научной деятельности -компьютерное и натурное моделирование процессов обработки металлов давлением. Общее количество опубликованных работ: 10. e-mail: a_evstifeev@mail. ru
Александров Александр Александрович -кандидат технических наук, доцент кафедра КМиСТ Сибирской государственной
автомобильно-дорожной академии (СибАДИ). Основные направления научной деятельности -теоретические методы, имитационное и натурное моделирование процессов обработки металлов давлением. Общее количество опубликованных работ: 90. e-mail: omsk-aaa@rambler.ru
Евстифеев Владислав Викторович - доктор технических наук, профессор кафедры КМиСТ Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии (СибАДИ). Основные направления научной деятельности -теоретические методы анализа процессов обработки металлов давлением и порошковой
металлургии, имитационное и натурное моделирование технологий. Общее количество опубликованных работ: более 230. e-mail: VladEvst@mail. ru
Завьялов Иван Иванович - аспирант Сибирской государственной автомобильно-
дорожной академии (СибАДИ). Основные направления научной деятельности -имитационное и натурное моделирование процессов обработки металлов давлением. Общее количество опубликованных работ - 2. e-mail: @mail.ru
УДК 625.7
МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ЛАВИННОЙ ОПАСНОСТИ ПРИ КОНЦЕПТУАЛЬНОМ ПРОЕКТИРОВАНИИ ДОРОГ В ГОРНОЙ МЕСТНОСТИ
М. И. Зимин
Аннотация. Рассматривается технология оценки лавинной опасности при проектировании дорог в горной местности. Используется нечётко-стохастический анализ. Приводятся примеры расчёта.
Ключевые слова: дорога, лавина, проектирование, прогноз, снег, нечёткий, стохастический.
Введение
Снежные лавины нередко являются серьёзной угрозой для дорог в горной местности. В то же время не всегда проектировщики располагают необходимой информацией об их возникновении в конкретном районе. Так, согласно [1] на общем фоне лавинной опасности выделяются периоды, когда сходят особо мощные лавины, которые достигают мест, считавшихся безопасными. Подобное положение не может быть признано приемлимым уже хотя бы потому, что имеет место реальная угроза для жизни людей. Поэтому совершенствование технологии прогнозирования лавинной опасности при проектировании дорог в горах представляет определённый научно-практический интерес. Не менее важен и выбор оптимальной концепции противолавинной защиты, предотвращающий чрезмерные затраты на соответствующие мероприятия.
Методика прогнозирования
В [2] описано краткосрочное прогнозирование лавинной опасности, а в [3] - расчёт давления лавины. Однако для проектировщиков важен не только текущий риск возникновения опасных явлений, но и их вероятные параметры, поскольку это определяет концепцию соответствующей защиты.
Метеообстановка и рельеф в большинстве случаев хорошо известны в каждом регионе. Однако лавины могут отсутствовать в течение всего периода
наблюдений, что затрудняет оценку их возможных воздействий на дороги. В тоже время, методика, приведённая в [2], позволяет по метеоданным и рельефу оценить функции принадлежности моделируемой обстановки к различным лавиноопасным ситуациям.
Поскольку исходные данные меняются случайным образом, то есть для одних и тех же дней, относящиеся к разным годам, входная информация для прогностических программ неодинакова, и различия носят стохастический характер, необходимо выполнять статистическую обработку выборки результатов нечётких вычислений.
По технологии, описанной [2] можно получать результаты в виде нечётких высказываний «возможен», «ожидается», «нелавиноопасно». При этом термин «нелавиноопасно» соответствует
вероятности схода лавины, не превышающей 0,001, термин «возможен» - вероятности схода лавины, лежащей в пределах от 0,001 до 0,9, и термин «ожидается» - вероятности схода лавины, большей, чем 0,9.
Для каждого очага на каждую дату создаётся база метеоданных. Кроме того, для зон зарождения и транзита разрабатывается база данных по рельефу. По ним в соотвествии с [2] для всех дней всех лет, для которых есть данные, рассчитывается степень принадлежности ситуации к различным уровням лавинной опасности. Возможные результаты вычислений иллюстрируются Таблица 1.
