CC BY
139
75 ЛЕТ КАФЕДРЕ
«МЕХАНИКА ПЛАСТИЧЕСКОГО ФОРМОИЗМЕНЕНИЯ» ТУЛЬСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА
Осенью 2014 года исполняется 75 лет одной из старейших кафедр Тульского государственного университета - кафедре «Механика пластического формоизменения» (ранее кафедра «Технология штамповочного производства») [1-3].
В 1939 году в соответствии с требованиями промышленности в действующем тогда Тульском механическом институте (ТМИ) была организована подготовка специалистов по холодной и горячей обработке металлов давлением.
В довоенное и военное время подготовка специалистов осуществлялась по ускоренным учебным программам, а после окончания войны -по нормальной учебной программе. На кафедру пришли молодые преподаватели Лебедев К.В., Шевелев В.В., Обозов И.П., Успенский Б.И. и опытные производственники Аврутин С.В., Давыдов В.И., Малов А.Н., а также Ренне И.П. - один из первых выпускников в ТМИ по специальности «Горячая штамповка».
С 1946 по 1954 гг. кафедрой «Технология штамповочного производства» руководил Малов А.Н., а в период с 1954 по 1956 гг. и с 1956 по 1961 гг. заведующими кафедрой были доцент Ренне И.П. и профессор Попов Е.А.
С приходом на кафедру молодых преподавателей значительно активизировалась научная деятельность. Основное научное направление кафедры было связано с исследованием процессов вытяжки с утонением стенки, обжима краевой части заготовки, гибки, отбортовки. Исследования по гибке листовых заготовок, выполненные И.П. Ренне, стали классическими и нашли отражение в учебниках, монографиях и справочниках по листовой штамповке.
В этот же период получили начальное развитие идеи нового метода исследования деформированного состояния при сложном нагружении в процессах обработки металлов давлением с помощью координатной сетки, разработанные И.П. Ренне. Этот метод широко используется и в настоящее время при анализе процессов штамповки.
Результаты проведенных исследований стали основой для защиты
кандидатских диссертаций. Так, в 1953 г. кандидатскую диссертацию защитил Ренне И.П., в 1963 г. - Обозов И.П., а в 1957 г. докторскую диссертацию защитил Попов Е.А.
С 1956 по 1962 гг. на кафедре основное внимание уделялось исследованию совмещенных процессов листовой штамповки с целью их интенсификации, разработке методики построения кривых истинных напряжений и исследованию на ее базе механических свойств некоторых листовых металлов. Это направление исследовательской работы в значительной степени обусловлено тенденцией расширения применения совмещенных процессов в современной технологии.
Одновременно велись исследования по установлению влияния режимов термической обработки и эффективности действия смазки при горячей штамповке на стойкость и износ штампов. Изучено влияние легирующих элементов на свойства штамповых сталей и разработана методика определения износа штампов.
В 1963 г. был организован Тульский политехнический институт (ТПИ), а механико-машиностроительный факультет переименован в механический. В его состав вошла кафедра «Технология штамповочного производства», которую возглавил Ренне И.П. (1963-1970 гг.). Ему принадлежит значительная роль в подготовке научных кадров на кафедре. Им подготовлены свыше 50 кандидатов и 3 доктора технических наук.
В 1964 г. при кафедре организуется отраслевая научно-исследовательская лаборатория № 5, открывается аспирантура. К этому времени кафедра пополнилась молодыми сотрудниками, защитившими кандидатские диссертации (Валиев С.А., Базык А.С., Яковлев С.П.), а также способными специалистами - выпускниками ТПИ и производственниками (Маленичев А.С., Купор Н.В., Евдокимов А.К. и др.).
Открытие ОНИЛ-5 и аспирантуры способствовало дальнейшему развитию научно-исследовательской работы, развитию связей с производством и подготовке научных кадров.
В 1971 г. докторскую диссертацию защитил Ренне И.П., а в 1972 г. докторская диссертация была защищена Яковлевым С.П., который в 1970 г. был назначен заведующим кафедрой и руководил ею свыше 30 лет.
Основным направлением научной деятельности С.П. Яковлева являлась разработка методов анализа и расчетов статических и динамических процессов обработки металлов давлением на основе создания обобщенных математических моделей, в которых учитываются реальные свойства анизотропии и неоднородности механических свойств материала. Эти разработки позволяют научно обосновать выбор рациональных технологических параметров процессов обработки металлов давлением, обеспечивающих интенсификацию процессов, экономию материалов и повышение
качества получаемых изделий.
Яковлев С.П. являлся руководителем научной школы «Теория и технология формоизменения изотропных и анизотропных упрочняющихся материалов при различных термомеханических режимах в процессах обработки давлением». По этому научному направлению начиная с 1968 года началась подготовка кадров высшей квалификации. Под научным руководством С.П. Яковлева и при его консультации выполнили и защитили кандидатские диссертации свыше 100 человек. Яковлев С.П. осуществлял консультации и оказывал помощь в работе при выполнении и подготовке к защите докторских диссертаций 35 соискателям. В 1982 г. профессору С.П. Яковлеву была присуждена премия Совета Министров СССР за создание и внедрение новых технологических процессов и специального оборудования в области машиностроения.
В 2004 г. заведующим кафедрой «Механика пластического формоизменения» был назначен д-р техн. наук, профессор С.С. Яковлев.
Основные научные результаты кафедры относятся к разработке теоретических методов определения деформаций при плоском стационарном и нестационарном пластическом течении, способов решения смешанной краевой задачи, экспериментального подхода к оценке деформаций при стационарном течении на базе теории пластического течения.
В это же время получили развитие теоретические методы учета влияния начальной анизотропии и неоднородности материала в расчетах технологических параметров процессов обработки металлов давлением. Были получены основные соотношения для анализа процессов, протекающих в условиях плоского напряженного, плоского деформированного и осесимметричного состояний. Установлены режимы ведения процесса вытяжки цилиндрических и коробчатых деталей, позволяющие получить оболочки практически без образования фестонов, что исключает операцию подрезки торца и создает условия для экономии металла.
На кафедре активно проводятся работы по развитию теории обработки металлов давлением анизотропных материалов при различных температурных условиях деформирования. Предложен вариант теории пластичности начально-ортотропного тела с анизотропным упрочнением, который основан на условии текучести Мизеса - Хилла, неоднородном расширении поверхности нагружения без перемещения в шестимерном пространстве напряжений, связанном с главными осями анизотропии, и предполагающий справедливость ассоциированного закона течения. Вводятся деформационные или энергетические параметры упрочнения. Рассматриваются одно- и многопараметрические модели анизотропного упрочнения. Разработан подход к выбору математической модели анизотропного упрочнения ортотропного тела для анализа процессов пластического формоизменения.
Для анализа процессов формоизменения анизотропного листового материала при медленном горячем деформировании сформулированы уравнения связи между скоростями деформаций и напряжениями, получены уравнения состояния при ползуче-пластическом деформировании (кратковременной ползучести) анизотропного материала. Разработаны феноменологические модели разрушения (энергетическая и деформационная) анизотропного листового материала при кратковременной ползучести, основанные на принципе линейного накопления повреждаемости в области пластической деформации и деформации ползучести.
Коллектив кафедры, 2014 г.
Научные результаты, полученные в процессе научно-исследовательской работы, способствовали развитию и совершенствованию методической работы и использованию научных результатов при многоуровневой подготовке бакалавров, инженеров и магистров, которых выпускает кафедра с 1992/93 учебного года.
Подготовка магистров ведется по направлению подготовки 150700 «Машиностроение» профиля «Машины и технологии обработки металлов давлением», направлению 151000 «Технологические машины и оборудование» профиля «Теория и технология штамповки анизотропных заготовок» и профиля «Высокоэффективные методы обработки металлов давлением».
В 1996 г. состоялся первый выпуск бакалавров, а в 1998 г. - первый выпуск магистров, многие из которых поступили в аспирантуру. Введение многоуровневой подготовки бакалавров, инженеров, магистров потребовало большой работы над учебными планами и тщательной методической подготовки, связанной с пересмотром многих методических указаний и пособий. На кафедре были введены специализации по «Технологии горячей штамповки» и «Технологии холодной штамповки», предусматривающие подготовку инженеров на базе научных достижений кафедры. В этой связи был подготовлен цикл новых дисциплин, раскрывающих особенности штамповки анизотропных материалов, основы компьютерного моделирования, технологии магнитно-импульсной штамповки, ротационной вытяжки и т.д.
Последние годы характеризуют кафедру новым подъемом в области научно-исследовательской и учебной работы. Постоянная связь с крупнейшими ведущими промышленными центрами и исследовательскими институтами и рядом крупнейших вузов страны позволила кафедре определить фундаментальный характер работ, состоящий в создании основ ресурсосберегающих процессов деформирования при изготовлении изделий машиностроения с высокими техническими требованиями.
В это время кафедра активно сотрудничает с целым рядом предприятий, таких, как ОАО «НПО «СПЛАВ», ОАО «КБП», ОАО «ЦКБА», ОАО «ТНИТИ», ОАО «Корпорация «Тактическое ракетное вооружение», РКК «Энергия» им. С.П. Королева», ОАО «ГНПП «Техномаш», ОАО «НПО им. С.А. Лавочкина», ОАО «Государственный космический научно-производственный центр им. М.В. Хруничева», ОАО «НПО машиностроения», НПО «Энергомаш», с рядом машиностроительных заводов: ОАО «Штамп», Машзаводом им. В.М. Рябикова, ОАО «НПО «Базальт», а также с вузами страны: МГТУ им. Н.Э. Баумана, МГТУ «МАМИ», Санкт-Петербургским государственным университетом, Балтийским техническим университетом "Военмех", МГТУ «СТАНКИН», Южно-уральским государственным университетом, Магнитогорским государственным техническим университетом им. Г.И. Носова, Московским государственным институтом стали и сплавов, ОрелГТУ, Чувашским госуниверситетом, МГТУ «МАИ», Самарским аэрокосмическим университетом, Липецким ГТУ и др.
Научная и практическая ценность выполненных работ позволила значительно усовершенствовать учебный процесс и провести солидную подготовку научных кадров через аспирантуру и докторантуру.
На кафедре МПФ активно осуществляется подготовка кадров высшей квалификации. За последние пять лет (2009-2013 гг.) под научным руководством ведущих ученых кафедры успешно прошли защиты 25 кандидатских и 5 докторских диссертаций.
Ежегодно сотрудниками кафедры МПФ публикуются свыше 100
научных статей в центральной печати и межвузовских сборниках научных трудов и подаются более 5 заявок на патенты РФ. На кафедре МПФ активно ведется работа по изданию монографий и учебных пособий (ежегодно выпускаются несколько монографий и учебных пособий), многие из которых имеют гриф учебно-методического объединения вузов РФ по университетскому и политехническому образованию. За последние 5 лет издано 9 монографий [4-12], 10 учебных пособий [13-22], 2 учебника [23, 24] и 1 справочник [25].
В настоящее время подготовка бакалавров техники и технологии направления 150700 «Машиностроение» профиля «Машины и технология обработки металлов давлением» и студентов, обучающихся по направлению 150200 «Машиностроительные технологии и оборудование» специальности 150201 «Машины и технология обработки металлов давлением».
На протяжении многих лет сотрудники кафедры проф. Яковлев С.П., проф. Яковлев С.С., проф. Усенко Н.А., проф. Трегубов В.И. проф. Панфилов Г.В., проф. Черняев А.В. принимают активное участие в работе специализированных ученых советов по присуждению степеней кандидата и доктора наук в Тульском государственном университете и других вузах страны.
Достижения кафедры неоднократно демонстрировались на различных выставках и презентациях, таких, например, как Региональная выставка-ярмарка «Дни Тульской области в Москве» - выставочный комплекс в Сокольниках; Межрегиональная выставка-ярмарка конкурентоспособных проектов и разработок «Наследники Демидовых», г. Тула; Лейпцигская ярмарка, на международных салонах изобретений, новой техники и товаров, международных выставках «Высокие технологии. Инновации. Инвестиции», Всемирном Салоне инноваций «Брюссель - Эврика», Российской молодежной научной и инженерной выставке с международным участием, Всероссийской научной конференции молодых исследователей в рамках Всероссийского научного форума молодых исследователей «Шаг в будущее», Московском международном Салоне изобретений и инновационных технологий «Архимед» и др.
По результатам научно-исследовательской работы сотрудники кафедры неоднократно были удостоены звания лауреата премии им. С.И. Мосина (в 1976, 2002, 2006, 2008, 2010 гг.) в области разработок военной техники, технологии и оборудования, имеющих двойное применение. Ежегодно сотрудники кафедры МПФ становятся лауреатами регионального конкурса «Инженер года».
В 1998 г. проф. Яковлев С.П. и проф. Яковлев С.С были удостоены Государственной премии РФ в области науки и техники за разработку научных основ и ресурсосберегающих процессов деформирования при изготовлении изделия машиностроения с высокими техническими требования-
ми, в 2006 г. - премии Правительства Российской Федерации в области науки и техники за разработку комплекса технологий и научное обеспечение производственных процессов пластического формообразования особо ответственных деталей машиностроения из высокопрочных анизотропных материалов, а в 2011 г. профессор Яковлев С.С. в составе авторского коллектива был удостоен премии Правительства в области образования за создание научно-учебно-педагогического комплекса по подготовке кадров высшей квалификации в области инновационных и высоких технологий обработки металлов давлением.
За большие достижения в области развития экономики России проф. Яковлев С.П., Яковлев С.С. и Трегубов В.И. были удостоены звания лауреата премии имени А.Н. Косыгина Российского Союза товаропроизводителей (2005 г.), премии Тульской области в области науки и техники имени академика Б.С. Стечкина (2006 г.).
Интенсивная научно-исследовательская работа, проводимая на кафедре, явилась базой для привлечения к научной деятельности студентов, подготавливаемых кафедрой.
Научно-исследовательская работа студентов на кафедре МПФ является практической составляющей учебного процесса, способствующей углубленному пониманию роли обработки металлов давлением в развитии машиностроения и перспектив совершенствования технологий. Благодаря проводимым исследованиям студент приобретает уверенность в надежности получаемых знаний и начинает формироваться его компетентность и опыт, без которых специалист может и не состояться.
На кафедре успешно развивается научное направление - теория проектирования высокопроизводительных автоматических загрузочных устройств для штучных предметов обработки при загрузке их в технологические системы, прежде всего операций обработки давлением. Возглавляет это направление заслуженный деятель науки и техники, проф. Н.А. Усенко Им подготовлено более 30 кандидатов наук, 3 доктора наук. Результаты исследований опубликованы в шести монографиях (в этом числе один справочник), получено более ста свидетельств на изобретения.
Огромный вклад в работу со студентами внес проф. А.К. Евдокимов. Им основана научная микрошкола «Ступени мастерства». За последние пять лет студенческие работы под его руководством были посвящены вопросам управления течением металла при обратном, комбинированном и комплексным выдавливании сложнопрофильных деталей из сплошных заготовок; комбинированного выдавливания стальных роликов для высоко-нагруженных приводных цепей конвейерного производства; учета влияния противонатяжения и противодавления при вытяжке с утонением через одну и две матрицы на режимы деформирования и разностенность; холодного и полугорячего выдавливания некруглых деталей из сплошных загото-
вок; характера деформирования при сварке давлением, обеспечивающего максимальную прочность сварного шва; разработки конструкций и технологий изготовления торообразных баллонов для хранения газа высокого давления; ротационной вытяжки миниатюрных деталей цилиндрической и конической форм из коррозионно-стойких материалов в обоймовых устройствах с подвижным опорным кольцом; штампуемости листовых материалов при изготовлении ступенчатых деталей, ребер в листах при художественной штамповке, кольцевых обечаек из коррозионно-стойких металлов; изготовления прутковых заготовок под холодное выдавливание путем отрезки с предварительной высадкой прутка и шнековой прокатки прутка.
Только в 2013 г. студенты и школьники научной микрошколы «Ступени мастерства» под руководством проф. А.К. Евдокимова участвовали в 52 научных вневузовских мероприятиях, ими опубликованы 37 научных работ; завоеваны 2 кубка и 13 медалей (в том числе 9 золотых); получены 62 диплома лауреата и участника; выигран 1 грант УМНИКа и по 1 гранту ведется работа; подана 1 заявка на патентование полезной модели и получены 4 патента РФ: 3 на изобретения и 1 на полезную модель.
На кафедре много лет функционировало студенческое конструкторское бюро (СКБ) «Механик» - одна из форм студенческой научно-исследовательской работы. Работа СКБ тесно увязывалась с учебным процессом. Студентами выполнялись реальные курсовые и дипломные проекты по курсу «Технология холодной штамповки». Разработанные конструкции штампов и технологические процессы внедрялись на машиностроительных предприятиях РФ. Студенческое конструкторское бюро принимало участие в различных выставках, и его работы неоднократно отмечались дипломами областных, зональных и всероссийских организаций, а также многочисленными грамотами.
За значительный вклад в теорию и технологию обработки металлов давлением в 1997 г. кафедре было присвоено имя Н. Демидова.
Свое 75-летие кафедра «Механика пластического формоизменения» встречает значительными достижениями во всех областях своей деятельности.
Несмотря на известные трудности в сфере высшего образования, кафедра сохранила свой научный потенциал, на базе которого функционирует научная школа под руководством проф. Яковлева С.С. В настоящее время на кафедре МПФ работают 8 докторов и 8 кандидатов наук.
За последние годы кафедра пополнилась молодыми, перспективными специалистами в области обработки металлов давлением, и это означает дальнейшее ее развитие на благо науки и российского образования.
Список литературы
1. Яковлев С.П. 65 лет кафедре «Механика пластического формоизменения» Тульского государственного университета // Заготовительные производства (Кузнечно-штамповочное, литейное и другие производства). 2004. № 10. С. 21 - 24.
2. Яковлев С.П. К 65-летию кафедры «Механика пластического формоизменения» Тульского государственного университета // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. 2005. № 1. С. 3 - 9.
3. Яковлев С.С., Яковлев С.П. 70 лет кафедре «Механика пластического формоизменения» Тульского государственного университета // Заготовительные производства в машиностроении (Кузнечно-штамповочное, литейное и другие производства). 2009. №11. С. 14-15.
4. Яковлев С.С., Трегубов В.И., Яковлев С.П. Ротационная вытяжка с утонением стенки осесимметричных деталей из анизотропных трубных заготовок на специализированном оборудовании. М.: Машиностроение, 2009. 265 с.
5. Изотермическая пневмоформовка анизотропных высокопрочных листовых материалов / С.П. Яковлев [и др.]. М.: Машиностроение, 2009. 352 с.
6. Изотермическое формоизменение анизотропных материалов жестким инструментом в режиме кратковременной ползучести / С.С. Яковлев [и др.]. М.: Машиностроение, 2009. 412 с.
7. Яковлев С.С., Черняев А.В., Трегубов В.И. Изотермическое деформирование осесимметричных деталей в режиме кратковременной ползучести. Тула: Изд-во ТулГУ, 2010. 161 с.
8. Яковлев С.С., Трегубов В.И. Теория и технология изготовления крупногабаритных осесимметричных деталей ответственного назначения из высокопрочных анизотропных материалов. Тула: Изд-во ТулГУ, 2011. 232с.
9. Яковлев С.С., Кухарь В.Д., Трегубов В.И. Теория и технология штамповки анизотропных материалов. М.: Машиностроение, 2012. 400 с.
10. Яковлев С.С., Ларин С.Н., Трегубов В.И. Изотермическая пнев-моформовка элементов ячеистых многослойных листовых конструкций из анизотропных высокопрочных материалов в режиме ползучести. Тула: Изд-во ТулГУ, 2011. 173 с.
11. Глубокая вытяжка анизотропных материалов / С.С. Яковлев [и др.]. Тула: Изд-во ТулГУ, 2013. 225 с.
12. Митин О.Н. Кухарь В.Д., Яковлев С.С. Штамповка цилиндриче-
ских заготовок с внутренним рифлением. Тула: Изд-во ТулГУ, 2013. 113 с.
13. Руководство по дипломному проектированию. В 5-и частях. Часть 2. Листовая штамповка. Типовые конструкции штампов и оборудование: учебное пособие / В.И. Трегубов [и др.]. Тула: Изд-во ТулГУ, 2008. 293 с.
14. Руководство по дипломному проектированию. В 5-и частях. Часть 5. кузнечно-штамповочное оборудование и средства автоматизации: учебное пособие / В.И. Трегубов [и др.]. Тула: ТулГУ, 2008. 292 с.
15. Руководство по дипломному проектированию. В 5-и частях. Часть 3. Проектирование технологических процессов ОМД и оснастки. Горячая штамповка: учебное пособие / Э.А. Иванова [и др.]. Тула: ТулГУ, 2009. 142 с.
16. . Руководство по дипломному проектированию. В 5-и частях. Часть 4. Организационно-экономическая часть дипломных проектов куз-нечно- и листоштамповочных цехов: учебное пособие / И. А. Гусев [и др.]. Тула: Изд-во ТулГУ, 2010. 215 с.
17. Руководство по дипломному и курсовому проектированию. В 5 частях. Часть 2. Листовая штамповка. Технологические расчеты. Расчет и проектирование штампов: учебное пособие / О.М. Герасимова[и др.]. Тула: Изд-во ТулГУ, 2010. 258 с.
18. Специальные технологические процессы горячей обработки металлов давлением. / Э.А. Иванова [и др.]. Тула: Изд-во ТулГУ, 2012. 160 с.
19. Сборник задач с решениями по курсу «Теория обработки металлов давлением»: учеб. пособие / С.П. Яковлев [и др.]. Тула: Изд-во ТулГУ, 2012. 145 с.
20. Руководство по дипломному проектированию. Часть 6. Охрана труда и окружающей среды / Э.М. Соколов [и др.]. Тула: Изд-во ТулГУ, 2012. 125 с.
21. Специальные технологические процессы холодной обработки металлов давлением: в 2 частях. Ч. 1. Специальные технологические процессы холодной штамповки: учеб. пособие / В. А. Коротков [и др.]. Тула: Изд-во ТулГУ, 2013. 181 с.
22. Специальные технологические процессы холодной обработки металлов давлением: в 2 частях. Ч. 2. Специальные технологические процессы листовой штамповки с нагревом: учеб. пособие / С.С. Яковлев [и др.]. Тула: Изд-во ТулГУ, 2013. 88 с.
23. Теория обработки металлов давлением: учебник для бакалавров и магистров, обучающихся по направлению 150400 «Технологические машины и оборудование» / В. А. Голенков [и др.]. М.: Изд-во «Машиностроение», 2009. 442 с.
24. Теория обработки металлов давлением. 3-е изд. / В.А. Голенков [и др.]. М.: Машиностроение, 2013. 442 с.
25. Ковка и штамповка: справочник в 4 т. Т. 4. Листовая штамповка / под общ. ред. С.С. Яковлева; ред. совет: Е.И. Семенов (пред.) и др. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 2010. 732 с.
