Конечно-элементное моделирование технологических процессов ковки и объемной штамповки (2500,00 руб.)

Стр.3

Стр.381

Стр.382

Стр.383

Стр.384

УДК 621.73; 621.77.01 ББК 34.623 К64 Издание доступно в электронном виде по адресу ebooks.bmstu.press/catalog/48/book2083.html Факультет «Машиностроительные технологии» Кафедра «Технологии обработки давлением» Авторы: А.В. Власов, С.А. Стебунов, С.А. Евсюков, Н.В. Биба, А.А. Шитиков Рекомендовано Научно-методическим советом МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебного пособия Конечно-элементное моделирование технологических процессов ковки К64 и объемной штамповки : учебное пособие / [А. В. Власов и др.] ; под ред. А. В. Власова. — Москва : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2019. — 383, [1] с. : ил. ISBN 978-5-7038-5101-2 Приведена методика использования метода конечных элементов при разработке технологических процессов ковки и объемной штамповки. Значительное место уделено особенностям реализации метода конечных элементов в программе QForm — одном из наиболее востребованных программных продуктов для моделирования технологических процессов обработки давлением объемных заготовок. Показаны источники возможных ошибок при моделировании. Рассмотрены средства анализа результатов моделирования и интерпретации результатов расчета, настройки параметров расчета, примеры моделирования с использованием программы QForm. Приведены базовые материалы по основам физики и механики пластической деформации, технологии ковки и объемной штамповки, технологическим особенностям кузнечноштамповочного оборудования. В конце каждого раздела пособия даны вопросы и задания для самоконтроля. Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлениям «Проектирование технологических машин и комплексов», «Машиностроение»; также может представлять интерес для инженеров-технологов, занимающихся проектированием технологических процессов ковки и штамповки с использованием в качестве инструмента проектирования численных методов математического моделирования. УДК 621.73; 621.77.01 ББК 34.623 ISBN 978-5-7038-5101-2 © МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2019 © Оформление. Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2019

Стр.3

ОГЛАВЛЕНИЕ Предисловие................................................................................................... ..3 Принятые.сокращения.................................................................................. ..5 Введение......................................................................................................... ..6 1..Пластическая.деформация.металлов.и.сплавов....................................... 10 1.1..Механизм.и.последствия.пластической.деформации....................... 10 1.1.1..Строение.металлов.и.механизм.пластической.деформации....... 11 1.1.2..Механизм.пластической.деформации.......................................... 23 1.1.3..Процессы.разупрочнения.деформированных.металлов и.сплавов.при.нагреве.................................................................... 25 1.1.4..Пластическая.деформация.при.повышенных.температурах....... 27 1.1.5..Изменение.структуры.и.свойств.металлов.и.сплавов. при.пластической.деформации..................................................... 30 1.2..Напряжения,.деформации,.скорости.деформаций............................ 36 1.2.1..Напряжения.................................................................................... 36 1.2.2..Перемещения,.деформации,.скорости.деформаций.................... 43 1.3..Переход.в.пластическое.состояние..................................................... 60 1.3.1..Одноосное.растяжение.................................................................. 61 1.3.2..Общий.случай.нагружения............................................................ 63 1.4..Сопротивление.деформированию.при.ковке.и.объемной штамповке............................................................................................ 66 1.5..Пластичность.и.деформируемость..................................................... 77 1.6..Модели.трения.при.анализе.пластических.деформаций.................. 81 1.6.1..Законы.трения............................................................................... 81 1.6.2..Экспериментальное.определение.параметров.трения................ 83 Вопросы.для.самоконтроля........................................................................... 86 2..Численные.методы.расчета.и.их.применение.для.анализа пластических.деформаций....................................................................... 88 2.1..Общие.сведения................................................................................... 88 2.2..Особенности.численных.методов.расчета.......................................... 89 2.3..Основные.положения.метода.конечных.элементов.......................... 91 2.4..Пример.применения.конечно-элементного.моделирования для.анализа.процесса.горячей.объемной.штамповки........................ 94 Вопросы.для.самоконтроля........................................................................... 103 3..Технологические.процессы.ковки.и.объемной.штамповки.................... 105 3.1..Факторы,.влияющие.на.формоизменение.в.операциях ковки.и.штамповки.............................................................................. 105

Стр.381

Оглавление 381 3.2..Подготовительные.операции............................................................... 107 3.2.1..Материалы.для.ковки.и.штамповки............................................. 107 3.2.2..Штамповые.стали........................................................................... 111 3.2.3..Разделка.исходного.материала.на.заготовки................................ 112 3.2.4..Температурный.интервал,.нагрев.и.охлаждение.заготовок......... 117 3.2.5..Подготовка.поверхности.исходного.металла................................ 125 3.3..Ковка.................................................................................................... 128 3.3.1..Основные.особенности.и.область.применения.ковки................ 128 3.3.2..Технологические.операции.ковки................................................. 130 3.4..Объемная.штамповка........................................................................... 141 3.4.1..Основные.особенности.и.область.применения........................... 141 3.4.2..Особенности.штамповки.на.различных.видах. кузнечно-штамповочного.оборудования...................................... 152 Вопросы.для.самоконтроля........................................................................... 167 4..Кузнечно-штамповочное.оборудование.при.конечно-элементном моделировании.технологических.процессов.ковки.и.штамповки......... 169 4.1..Влияние.параметров.кузнечно-штамповочного.оборудования на.процессы.ковки.и.штамповки........................................................ 169 4.2..Основные.типы.кузнечно-штамповочного.оборудования и.модели.их.приводов.в.программе.QForm........................................ 177 4.2.1..Молоты........................................................................................... 178 4.2.2..Гидравлические.прессы.................................................................. 184 4.2.3..Механические.прессы.................................................................... 189 4.2.4..Винтовые.прессы............................................................................ 199 4.3..Специализированное.оборудование.и.его.модели............................. 202 4.3.1..Машины.для.поперечной.и.продольной.вальцовки.(прокатки)..... 202 4.3.2..Раскатные.машины........................................................................ 204 4.3.3..Радиально-обжимные.(ковочные).машины................................. 206 4.3.4..Машины.для.сферодвижной.штамповки..................................... 208 4.3.5..Модели.«Универсальный.привод».и.«Силовой.прижим»............ 210 4.3.6..Дополнительные.возможности.моделей.привода.инструмента....... 213 Вопросы.для.самоконтроля........................................................................... 214 5..Механика.пластического.деформирования.металла.и.тепловые эффекты.при.пластической.деформации................................................. 215 5.1..Физические.уравнения.связи.напряженного.и.деформированного состояний............................................................................................. 215 5.1.1..Упругие.деформации...................................................................... 216 5.1.2..Малые.упругопластические.деформации..................................... 216 5.1.3..Большие.упругопластические.деформации.................................. 218 5.1.4..Большие.пластические.деформации............................................. 218 5.1.5..Некомпактные.(пористые).материалы.......................................... 219 5.2..Система.разрешающих.уравнений.механики.пластического деформирования..................................................................................... 220 5.3..Энергетические.соотношения.и.вариационные.принципы................. 221 5.4..Тепловые.эффекты.при.пластической.деформации............................. 223 Вопросы.для.самоконтроля........................................................................... 227

Стр.382

382 Оглавление 6..Метод.конечных.элементов.и.его.реализация.в.программе.QForm....... 228 6.1..Конечные.элементы.и.аппроксимация.полей................................... 228 6.1.1..Функции.формы.конечного.элемента.......................................... 229 6.1.2..Аппроксимация.поля.скоростей.деформаций.и.средних напряжений.в.конечном.элементе................................................ 233 6.1.3..Дискретизация.среды.для.анализа.теплообмена.......................... 235 6.2..Разрешающие.уравнения.метода.конечных.элементов. для.различных.сред.............................................................................. 236 6.2.1..Моделирование.вязкопластических.деформаций........................ 236 6.2.2..Моделирование.упругопластических.деформаций заготовки......................................................................................... 240 6.2.3..Моделирование.некомпактных.материалов................................. 243 6.2.4..Моделирование.упругопластических.деформаций. инструмента.................................................................................... 245 6.2.5..Система.уравнений.для.тепловой.задачи..................................... 247 6.3..Граничные.условия.и.модификация.системы.уравнений................. 251 6.3.1..Взаимодействие.с.кузнечно-штамповочным.оборудованием..... 251 6.3.2..Моделирование.нескольких.деформируемых.тел........................ 253 6.3.3..Совместная.деформация.заготовки.и.инструмента..................... 256 6.3.4..Учет.жестких.зон.для.жесткопластической.задачи...................... 257 6.3.5..Граничные.условия.при.решении.тепловой.задачи..................... 258 6.4..Решение.основной.системы.уравнений.в.программе.QForm........... 262 6.4.1..Пошагово-итерационная.процедура.решения.системы нелинейных.уравнений.................................................................. 263 6.4.2..Алгоритмы.пошаговой.процедуры.(явный.и.неявный.методы)...... 265 6.4.3..Алгоритм.итерационного.решения.задачи.на.шаге интегрирования.............................................................................. 268 6.4.4..Численное.интегрирование.матричных.произведений............... 274 6.5..Настройка.параметров.расчета............................................................ 275 6.5.1..Параметры.настройки.дискретизации.заготовки.и.инструмента...... 276 6.5.2..Дополнительные.методы.улучшения.сетки.конечных.элементов....281 6.5.3..Методы.увеличения.точности.расчета.деформированного состояния........................................................................................ 287 6.5.4..Дополнительные.настройки.модели.заготовки............................ 290 Вопросы.для.самоконтроля........................................................................... 293 7..Совершенствование.технологических.процессов.ковки.и.штамповки с.использованием.инструментов.QForm.................................................. 296 7.1..Результаты.моделирования.и.их.использование. для.совершенствования.технологического.процесса......................... 296 7.1.1..Выбор.технологического.оборудования.и.проектирование переходов........................................................................................ 299 7.1.2..Соблюдение.температурного.интервала.ковки.и.штамповки...... 310 7.1.3..Влияние.упругой.деформации.инструмента.на.точность штамповки...................................................................................... 311 7.1.4..Прогнозирование.поверхностных.дефектов................................. 314 7.1.5..Прогнозирование.разрушения.заготовки..................................... 323

Стр.383

Оглавление 383 7.2..Расчет.штампов.и.прогнозирование.разрушения.инструмента........ 329 7.2.1..Прогнозирование.износа.штампов............................................... 329 7.2.2..Прогнозирование.усталостного.разрушения.штампов................ 332 7.3..Термическая.обработка........................................................................ 337 7.3.1..Моделирование.термической.обработки.в.программе.QForm...... 340 7.3.2..Математическая.модель.процесса.термической обработки.в.программе.QForm..................................................... 358 7.4..Сквозное.проектирование.техпроцесса.от.литья.до.поковки........... 369 7.5..Пользовательское.программирование................................................ 372 Вопросы.для.самоконтроля........................................................................... 376 Литература...................................................................................................... 378 . .

Стр.384