3 Исследовательская часть
3.1 Выбор исследуемых изделий и технологических процессов их изготовления
В качестве исследуемого изделия, была выбрана листовая гофрированная панель, которая является силовой жесткостью в конструкциях изделий машиностроения: электрических щитах, автомобилях, судах, а также в ответственных узлах летательных аппаратов. Если условия эксплуатации изделий обычного машиностроения не отвечают условиям ответственного назначения, то условия эксплуатации деталей летательных аппаратов характеризуются постоянным нагружением с периодически повышаемым уровнем нагрузки, что соответствует области малоцикловой усталости или более статической выносливости.
Основным конструктивным элементом гофрированной панели является конструктивный рельеф в виде рифтов и впадин (зигов). В поперечном сечении он может иметь различный профиль: треугольный, трапецеидальный, прямоугольный, синусоидальный и другой, в зависимости от назначения и требований, предъявляемых к детали. Жесткость и надежность работы панели зависят от формы и параметра рельефа, механических характеристик применяемого материала, а также факторов, определяемых технологическим процессом штамповки: неравномерностью утонения металла по сечению рифта и повышением прочностных характеристик материала за счет упрочнения. Последние два фактора определяются температурно – скоростными условиями и схемой деформации, которые в свою очередь определяются видом применяемого оборудования.
Основной операцией получения местных углублений и выпуклостей в виде зигов в листовых заготовках является формовка. Формообразование осуществляется за счет утонения материала и схема напряженного состояния близка к схеме двухосного растяжения.
Технологический опыт отечественного и зарубежного изготовления листовых гофрированных панелей позволяет выделить определенные виды технологических процессов в зависимости от марки обрабатываемого материала. Нержавеющая сталь 12Х18Н9Т, 15Х18Н12С4ТЮ штампуется на листоштамповочных молотах в металлических свинцово – цинковых штампах и гидравлических специализированных прессах эластичной полиуретановой средой в контейнере на жесткой матрице – форм – блоке.
3.2 Исследования напряженно-деформированного состояния листовых гофрированных жесткостей методом сеток
Определение напряженно-деформированного состояния на свободной поверхности деформированного тела по искаженным ячейкам координатной сетки несложно в силу того, что поверхность является главной плоскостью напряженно-деформированного состояния и, кроме того, нормальный к поверхности главный компонент напряжений равен нулю. Наиболее удобной сеткой в этом случае является сетка с круглыми в исходном состоянии ячейками, что позволяет сразу определять направления главных осей, и, следовательно, величину главных компонентов деформации.
По известному
значению
по
диаграмме
для данного материала определяется
значение
,
а затем и все компоненты напряжений.
Исследование напряженно-деформированного состояния, заготовки при механизированном давильном процессе выполнено П.А.Казиком под научным руководством Г.А.Смирнова-Аляева. Давильные процессы весьма сложны для теоретического исследования. При формоизменении заготовки пластической деформации подвергается только ее часть в месте непосредственного контакта пуансона с заготовкой. Кроме того, заготовка изгибается по матрице, что связано с появлением дополнительных упругих и пластических деформаций.
Для определения деформированного состояния на внутреннюю поверхность заготовки, на которую не давит пуансон, механическим способом была нанесена квадратная сетка, которая после деформирования изменяет свою геометрию.
Фиксируемые параметры деформированного состояния:
а, b – размеры сетки (длина и ширина ячейки).
Величины компонентов деформации на первом переходе определяются по формул:
;
(3.1)
.
(3.2)
Значение интенсивности итоговой деформации определяется по формуле:
.
(3.3)
По полученным значениям компонентов деформации определяются их индексы, а затем вид деформационного состояния
.
(3.4)
По найденному
значению
по диаграмме зависимости
определяется значение интенсивности
напряженного состояния
.
Компоненты напряженного состояния
определить по формулам связи с
компонентами деформаций при монотонном
процессе формоизменения:
;
(3.5)
;
(3.6)
.
(3.7)
В рассматриваемом
случае
на всей поверхности заготовки. Поэтому
(3.8)
Критерием устойчивости формы оболочки служит отношение минимального нормального напряжения к максимальному:
.
Критерий жесткости, выраженный через главный компонент деформации, в данном случае будет определяться по формуле
.
(3.9)
Толщина заготовки после деформации
Для исследования напряженно-деформированного состояния на гидравлическом прессе и листоштамповочном молоте была отштампована гофрированная панель из высокопрочной нержавеющей стали 12Х18Н10Т. При исследовании была использована одна и та же методика.
Для определения деформированного состояния на внутреннюю поверхность заготовки, на которую не давит пуансон, механическим способом была нанесена квадратная сетка, которая после деформирования изменяет свою геометрию (рис.3.1).
Рис. 3.1. Листовая заготовка с нанесенной квадратной сеткой
Для того чтобы снять размеры сетки после деформации, их нужно перевести на плоскую поверхность. Поэтому необходимая часть детали обводилась карандашом, далее наклеивался малярный скотч, который в последующем был наклеен на кальку. Таким образом, мы смогли перенести сетку на лист бумаги, размеры которой измерялись на микроскопе.