Введение

Настоящая программа основана на следующих дисциплинах: теория обработки

металлов давлением, технология ковки и объемной штамповки, технология листовой штамповки, кузнечно-штамповочное оборудование, прокатное производство,

нагрев и нагревательные устройства, термодинамика, гидравлика, импульсные методы обработки давлением и охватывает комплекс основных вопросов дисциплин

специальности «Технологии и машины обработки давлением»

Теория и технологические основы процессов обработки металлов давлением Физические основы Строение металлов. Типы кристаллических решеток. Дефекты кристаллических решеток. Математическая модель взаимодействия двух атомов в кристаллической структуре: изменение потенциальной энергии и сил взаимодействия в зависимости от расстояния между атомами. Вычисление на основе математической модели взаимодействия двух атомов модуля упругости, частоты собственных колебаний атомов, коэффициента линейного расширения, критического касательного напряжения, необходимого для пластической деформации скольжения.

Дислокации, их виды. Возникновение дислокаций. Силы взаимодействия двух дислокаций, расположенных в параллельных плоскостях, источники появления дислокаций в результате пластической деформации. Плотность дислокаций. Взаимодействие пересекающихся дислокаций.

Холодная пластическая деформация моно- и поликристаллов. Влияние границ зерен. Упрочнение металлов, кривые упрочнения. Эффект Баушингера, остаточные напряжения и накопление потенциальной энергии, текстуры пластической деформации, анизотропия свойств.

Влияние температуры на процессы, протекающие в кристаллических структурах.

Второй закон термодинамики и направленная диффузия атомов. Рост зерен. Факторы, влияющие на размер зерен: температура, степень пластической деформации.

Диаграммы рекристаллизации.

Понятия холодной, неполной холодной, горячей и неполной горячей пластической деформации, преимущества и недостатки указанных видов деформаций. Пластичность и деформируемость металлов и сплавов. Влияние химического и фазового состава на пластичность металлов и сплавов. Влияние структуры и ее неоднородности на пластичность металлов и сплавов. Влияние на пластичность температурно-скоростных режимов пластического деформирования; схемы напряженного состояния. Пластичность металлов в поле сверхвысокого гидростатического давления. Особенности поведения тел с нанокристаллической структурой при обработке давлением. Сверхпластичность сплавов и возможности ее использования при обработке давлением.

Механизм контактного трения. Влияние физико-химического состояния поверхностей заготовки и инструмента, температуры, скорости деформирования и нагрузок на величину сил, вызываемых трением. Технологические смазывающие материалы. Жидкостное трение и гидродинамический эффект.

Основы механики и теплофизики Компоненты тензоров напряжений, деформаций, скоростей деформаций, из инвариантные характеристики. Круги Мора для напряжений и деформаций. Условие сплошности материала. Дифференциальные уравнения равновесия. Соотношения между напряжениями, относительными деформациями и скоростями относительных деформаций при упругой и пластической деформации. Обобщенный закон Гука. Условия пластичности: энергетическое, постоянства максимальных касательных напряжений. Учет упрочнения в условиях пластичности. Частные случаи напряженно-деформированного состояния: плоская деформация, плоско-напряженное состояние.

Метод приближенных (одномерных) уравнений пластического равновесия. Основные допущения при построении приближенных уравнений равновесия и состояния пластичности. Определение деформирующей силы на примере операции осадки цилиндрической заготовки.

Метод линий скольжения (характеристик). Способы построения сеток линий скольжения на основе теорем Генки, Прандтля и матрично-операторный. Свойства линий скольжения, годограф скоростей. Определение напряжения и удельной деформирующей силы для осадки бесконечно длинной заготовки между двумя шероховатыми плитами.

Вариационный энергетический метод. Понятие функционала, постановка задачи, основное вариационное уравнение. Примеры выбора кинематически возможных полей скоростей. Граничные условия, разрывы скоростей. Верхняя и нижняя оценки деформирующих сил. Конечно-разностный метод. Метод конечного элемента. Метод граничного элемента. Экспериментальные методы.

Экспериментально-аналитические методы, визиопластичность.

Разрушение при пластическом деформировании. Накопление повреждений. Предельные диаграммы пластичности и их использование при расчетах технологических процессов обработки давлением. Восстановление запаса пластичности. Пластичность металла в условиях горячей деформации.

Уравнения теплопроводности и их использование при решении технологических задач. Применение метода конечных элементов в поле переменных температур. Динамические задачи обработки давлением. Математическое и физическое моделирование технологических процессов обработки давлением, их оптимизация. Управление процессами.

Экспериментальные методы исследования пластической деформации Метод координатных сеток. Методика обработки измерения деформа ций, поляризационно-оптический и метод муара, их использование при расчете напряжений методом визиопластичности. Методы и аппаратура для измерения сил деформирования, моментов, контактных напряжений. Методы и средства измерения температуры деформируемого металла. Влияние силового, теплового, скоростного (импульсного или динамического), электроэнергетического и магнитосилового и других возможных воздействий на механические характеристики материалов и их технологические свойства.

Теория и основы проектирования машин для обработки металлов давлением Основы механики машин Классификация типовых исполнительных механизмов машин дискретного и непрерывного действия для обработки металлов давлением. Кинематика кривошипно-шатунного механизма кривошипного пресса, влияние конструктивных параметров. Кинематика универсальных шарниров в шпинделях прокатных станов. Учет сил трения в кинематических парах, учет сил инерции. Статика кривошипно-шатунного механизма пресса. Расчет передаваемого крутящего момента. Анализ условий заклинивания. Этапы энергетических расчетов механизмов, приведение сил и масс к начальному звену, составление уравнений движения механизма. Энергетический расчет кривошипно-шатунного механизма пресса. Влияние конструктивных параметров на коэффициент полезного действия кривошипного пресса. Расчет маховика.

Виды фрикционных связей и законы трения. Влияние скоростей скольжения и нагрузок на условия трения. Механизм действия смазок, эффект Ребиндера. Износ при трении. Требования к фрикционным материалам в связи с их использованием во фрикционных муфтах включения и тормозах прессов. Основные положения расчета фрикционных муфт включения и тормозов прессов.

Удар и колебания. Теоремы о сохранении количества движения и главного момента количества движения в замкнутой системе при ударе. Прямой центральный удар. Коэффициент восстановления. Потеря кинетической энергии при неупругом ударе. Расчеты энергии, силы и КПД удара молотов. Расчет рабочей клети стана на опрокидывание в момент захвата заготовки.

Основные характеристики механических колебаний. Дифференциальные уравнения свободных и вынужденных колебаний одно- и многомассовых систем. Условия резонанса.

Теории прочности, учет различного сопротивления материалов сжатию и растяжению. Усталостная прочность. Факторы, влияющие на предел выносливости. Концентрация напряжений. Основные положения для выбора допускаемых напряжений и коэффициентов запаса прочности при статическом и переменном нагружении.

Расчеты напряжений и деформаций в деталях и узлах. Основные положения расчета на прочность и жесткость плоских и пространственных рам. Их применение к расчетам станин прессов, станин рабочих клетей прокатных станов. Расчеты балок, изгибаемых на упругом основании. Расчеты круглых валов, подвергаемых изгибу с кручением. Их применение к расчетам на прочность и жесткость коленчатых валов кривошипных прессов и валков станов дуо и кварто.

Расчеты сжатых стержней на устойчивость и определение критической силы. Их применение к расчетам шатунов, предварительно напряженных станин прессов и рабочих клетей прокатных станов.

Расчеты напряжений и деформаций в толстостенных цилиндрах под действием радиального давления. Их применение к расчетам рабочих цилиндров гидравлических прессов. Метод расчета динамических напряжений при ударе и его применение к расчету напряжений в штоках молотов.

Основы термодинамики и гидродинамики Уравнение состояния идеального газа. Первый закон термодинамики. Теплоемкость газов. Термодинамические процессы в идеальных газах: адиабатический, изохорический, политропический, изобатический. Второй закон термодинамики. Цикл Карно. Понятие об энтропии системы. Расчеты индикаторных диаграмм паровоздушных молотов. Расчеты систем воздушных баллонов насосно-аккумуляторных станций гидравлических прессов. Расчет пневматической системы пневматических молотов. Термодинамический расчет паровоздушных молотов (ковочных и штамповочных).

Движение идеальной вязкой жидкости, уравнение Эйлера и Навье—Стокса.

Уравнение Бернулли для стационарного и нестационарного движений идеальной жидкости. Потери энергии при внезапном расширении и сжатии идеальной жидкости в потоке и гидравлические сопротивления. Гидравлический удар, теория Жуковского. Структура потока в трубах, переход от ламинарного потока к турбулентному.

Основные этапы динамического расчета гидравлических прессов с насосно-аккумуляторным приводом.

Импульсные методы обработки металлов Импульсные источники высоких энергий. Бризантные взрывчатые вещества. Пороха.

Газовые горючие и взрывчатые смеси. Высоковольтный электрический разряд в жидкости. Импульсное магнитное поле.

Штамповка листового металла. Штамповка с помощью горючих газовых смесей.

Гидровзрывная штамповка. Штамповка с помощью сниженных газов. Электрогидравлическая штамповка. Магнитно-импульсная штамповка.

Машины и устройства для импульсной обработки металлов. Высокоскоростные молота для объемной штамповки. Высокоскоростные молота для разделительных операций. Импульсные машины для резки металлов в холодном состоянии. Импульсные машины для резки горячего металла. Импульсные машины для брикетирования металлической стружки. Импульсные устройства для пробивки отверстий.

Установки для электрогидравлической штамповки. Установки для магнитно-импульсной обработки.

ВОПРОСЫ

ВСТУПИТЕЛЬНОГО ЭКЗАМЕНА ПО СПЕЦИАЛЬНОСТИ

1. Теория и технологические основы процессов обработки металлов давлением Строение металлов. Типы кристаллических решеток, их дефекты. Дислокации, появление дислокаций в результате пластической деформации. Холодная пластическая деформация монокристаллов и поликристаллов. Упрочнение металлов, кривые упрочнения. Влияние температуры на процессы, протекающие в кристаллических структурах. Понятия холодной неполной холодной, горячей и неполной горячей пластической деформации, их преимущества и недостатки. Пластичность и деформируемость металлов и сплавов. Влияние на пластич-ность температурно-скоростных режимов пластического деформирования. Компоненты тензоров напряжений, деформаций, скоростей деформаций. Дифференциальные уравнения равновесия.

Соотношения между напряжениями, относительными деформациями и скоростями относительных деформаций при упругой и пластической деформации. Обобщенный закон Гука. Условия пластичности: энергетическое, постоянства максимальных касательных напряжений. Учет упрочнения в условиях пластичности. Частные случаи напряженно-деформированного состояния: плоская деформация, плоско-напряженное состояние. Разрушение при пластическом деформировании. Предельные диаграммы пластичности и их использование при расчетах технологических процессов.

Восстановление запаса пластичности. Пластичность металла в условиях горячей деформации.

2. Теория и основы проектирования машин для обработки Классификация типовых исполнительных механизмов машин дискретного и непрерывного действия для обработки металлов давлением. Энергетический расчет кривошипно-шатунного механизма пресса. Влияние конструктивных параметров на коэффициент полезного действия кривошипного пресса. Расчет маховика.

Виды фрикционных связей и законы трения. Влияние скоростей скольжения и нагрузок на условия трения. Механизм действия смазок, эффект Ребиндера. Износ при трении. Удар и колебания. Теоремы о сохранении количества движения и главного момента количества движения в замкнутой системе при ударе. Прямой центральный удар. Коэффициент восстановления. Расчеты энергии, силы и КПД удара молотов. Основные характеристики механических колебаний. Дифференциальные уравнения свободных и вынужденных колебаний одно- и многомассовых систем.

Условия резонанса. Теории прочности. Усталостная прочность. Факторы, влияющие на предел выносливости. Концентрация напряжений. Расчеты напряжений и деформаций в деталях. Расчеты круглых валов, подвергаемых изгибу с кручением. Их применение к расчетам на прочность и жесткость коленчатых валов кривошипных прессов. Расчеты напряжений и деформаций в толстостенных цилиндрах под действием радиального давления, их применение к расчетам рабочих цилиндров гидравлических прессов.

Первый закон термодинамики. Теплоемкость газов. Термодинамические процессы в идеальных газах. Второй закон термодинамики. Цикл Карно. Движение идеальной вязкой жидкости, уравнение Эйлера и Навье—Стокса. Уравнение Бернулли для стационарного и нестационарного движений идеальной жидкости. Потери энергии при внезапном расширении и сжатии идеальной жидкости в потоке и гидравлические сопротивления. Гидравлический удар, теория Жуковского.

3. Импульсные методы обработки металлов давлением Бризантные взрывчатые вещества. Пороха. Газовые горючие и взрывчатые смеси.

Высоковольтный электрический разряд в жидкости. Импульсное магнитное поле.

Штамповка с помощью горючих газовых смесей. Гидровзрывная штамповка. Штамповка с помощью сниженных газов. Электрогидравлическая штамповка. Магнитноимпульсная штамповка. Развальцовка и раздача труб взрывом. Высокоскоростные молота для объемной штамповки. Высокоскоростные молота для разделительных операций. Импульсные машины для резки металлов в холодном состоянии. Импульсные машины для резки горячего металла. Импульсные машины для брикетирования металлической стружки. Импульсные устройства для пробивки отверстий.

Установки для электрогидравлической штамповки. Установки для магнитно-импульсной обработки.

Бочаров Ю.А. Кузнечно-штамповочное оборудование. Учебник для студ. высш.

учеб. заведений – М.:издательский центр «Академия», 2008. - 480с.

Сосенушкин Е.Н. Прогрессивные процессы объемной штамповки [Электронный ресурс]/ Сосенушкин Е.Н.— Электрон. текстовые данные.— М.:

http://www.iprbookshop.ru/18534.— ЭБС «IPRbooks», по паролю Григорьев Л.Л. Холодная штамповка [Электронный ресурс]: справочник/ Григорьев Л.Л., Иванов К.М., Юргенсон Э.Е.— Электрон. текстовые данные.— http://www.iprbookshop.ru/16302.— ЭБС «IPRbooks», по паролю Горшков А.Г. Теория упругости и пластичности [Электронный ресурс]/ Горшков А.Г., Старовойтов Э.И., Тарлаковский Д.В.— Электрон. текстовые данные.— http://www.iprbookshop.ru/17475.— ЭБС «IPRbooks», по паролю Иванов К.М. Прикладная теория пластичности [Электронный ресурс]: учебное пособие/ Иванов К.М.— Электрон. текстовые данные.— СПб.: Политехника, Ильин Л.Н., Семенов И. Е. Технология листовой штамповки / Дрофа, 2009 г.

Лукьянов В.П. и др. Гидромеханическая штамповка деталей трубопроводов/ В.П.Лукьянов, И.И.Маткава, В.А.Бойко,Д.В.Доценко, В.А.Елхов. – Волгоград:

Панорама, 2007. 264 с. ISBN 978-5-9666-3 (Панорама) Лукьянов В.П., Маткава И.И.,Бойко В.А. Пластическое деформирование при обработке давлением деталей трубопроводов.- Волгоград:Панорама, 2012. - 168 с.

Дополнительная литература 1. Импульсная резка горячего металла /В.СЧ. Кривцов, А.Ю. Боташев, А.Н.Застелла и др.- Харьков: Нац. аэрокосмический универс., 2005.-476 с.

2. Лукьянов В.П., Маткава И.И.,Бойко В.А. Штамповка, гибка деталей для сварных сосудов, аппаратов и котлов. – М: Машиностроение, 2003. 512 с.

3. Тюрин В.А., Мохов А.И. Теория обработки металлов давлением: Учеб. для вузов. Волгоград: ВолгГТУ, 2000.

4. Попов Е.А., Ковалев В.Г., Шубин И.Н. Технология и автоматизация листовой штамповки: Учебник для вузов. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000.

5. Гречников Ф.В. Деформирование анизотропных материалов (резервы интенсификации). М.: Машиностроение, 1998.

6. Кривонос Г.А., Зверев А.Д., Максимов Л.Ю. Процессы и оборудование для газостатической обработки. М.: Металлургия, 1994.

7. Теория ковки и штамповки: Учеб. пособие для студентов машиностроительных и металлургических специальностей вузов / Е.П. Унксов, У. Джонсон, В.Л. Колмогоров и др.; под общ. ред. Е.П. Унксова, А.Г. Овчинникова. М.:

Машиностроение, 1992.

8. Ковка и штамповка: Справочник. В 4 т. М.: Машиностроение. 1987.

9. Королев А.А. Механическое оборудование прокатных и трубопрокатных цехов. М.: Металлургия, 1987.

10.Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением. М.: Машиностроение, 1977.

11.Степанов В.Г. и Шавров И.А. Высокоэнергетические импульсные методы обработки металлов. – Л.: Машиностроение, 1975. 280 с.

12.Живов Л. И. Кузнечно-штамповочное оборудование : учебник для студ. вузов по специальности «Машины и технология обработки металлов давлением» /Л.И.Живов, А. Г. Овчинников, Е. Н. Складчиков. — 3-е изд., пеоетаб. и доп М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2006. — 560 с.