Деформирующие устройства с силоприводом из материала с эффектом памяти формы Конструкторские решения, порядок расчета и проектирования

Представлены технические решения по созданию деформирующих устройств с силоприводом из материала с эффектом памяти формы. В качестве примера рассмотрены конструкции пресса, пресс-штампа, в которых использованы новые конструкции многозвенных силоприводов. Предложена методика проектирования универсального многозвенного силопривода, силовые элементы которого выполнены из термически тонкого материала с эффектом памяти формы. Приведен анализ тепловых процессов в силовых элементах различных форм, геометрических размеров и для разных методов их нагрева (пропусканием тока, конвективный и лучистый теплообмен) и охлаждения, позволяющий определить эффективность создаваемых устройств. Исследованы технологические и эксплуатационные свойства термически тонких силовых элементов многозвенного силопривода. Для определения качественных и количественных их показателей создан измерительный стенд, позволяющий в едином временном масштабе фиксировать силу тока, изменение температуры и перемещения, развиваемые усилия. Установлена взаимосвязь скорости нагрева со скоростью развития рабочих усилий и значением возвратного усилия деформирования, определяющими производительность деформирующих устройств. На основании выполненных расчетов создана линейка универсальных силоприводов с развиваемым усилием деформирования 500–10000 Н и перемещением 1,0–8,0 мм, приведены результаты их испытания и использования в действующих моделях деформирующих устройств.

1. Попов Е.А. Основы теории листовой штамповки. М.: Машиностроение, 1977. 283 C.

2. Романовский В.П. Справочник по холодной штам-повке. Л.: Машиностроение, 1979.

3. Banabic D. Sheet metal forming processes. Constitutive modelling and numerical simulation. Berlin—Heidelberg: Springer-Verlag, 2010.

4. Дурандин М.М., Рымзин Н.П., Шихов Н.А. Штампы для холодной штамповки мелких деталей. Альбом конструкций и схем. М.: Машиностроение, 1978.

5. Булдакова Т.А., Войтенко Ю.В., Лихачев В.А., Разов A.M. Термомеханические циклы мартенситных преобразователей энергии. Инж.-физ. журн. 1990. Т. 59. No. 2. С. 269—277.

6. Тихонов А.С. Применение эффекта памяти формы в современном машиностроении. М.: Машиностроение, 1981.

7. Lambert T.R., Gurley A., Kubik K., Beale D., Broughton R. Numerical heat transfer modelling of SMA actuators and model comparison. Conf. on smart materials, adaptive structures and intelligent systems. 2017. Vol. 2. DOI: 10.1115/SMASIS2017-3725.

8. Остропико Е.С. Исследование функциональности рабочих элементов с памятью формы: Дис. канд. физ.-мат. наук. СПб: СПбГУ, 2018.

9. Concilio A., Lecce L. Shape memory alloy engineering: For aerospace, structural and biomedical applications. Elsevier Inc., 2014. DOI: 10.1016/C2012-0-07151-7.

10. Оуэн В. Эффекты запоминания формы и их применение. В сб.: Эффект памяти формы в сплавах. Пер. с англ. М.: Металлургия, 1979. С. 254—273.

11. Mohd Jani J., Leary M., Subic A., Gibson M.A. A review of shape memory alloy research, applications and opportunities. Mater. Design. 2014. Vol. 56. P. 1078—1113. DOI: 10.1016/j.matdes.2013.11.084.

12. Balasubramanian M., Srimath R., Vignesh L., Rajesh S. Application of shape memory alloys in engineering: A review. In: Int. conf. on advances in thermal engineering and applications (ICATEA 2021) (Tamil Nadu, 19—20 March 2021). J. Phys.: Conf. Ser. 2021. Vol. 2054. P. 1—11. DOI: 10.1088/1742-6596/2054/1/012078.

13. Глущенков В.А., Феоктистов В.С. Пресс с силоприводом из сплава с памятью формы. Кузн.-штамп. пр-во. 1986. No. 4. С. 21—22.

14. Ерофеев В.Л., Пряхин А.С., Семенов П.Д. Термодинамика и теория теплообмена. М.: Изд-во «Юрайт», 2020.

15. Иванцов Г.П. Нагрев металла (теория и методы расчета). Свердловск; М.: Металлургиздат, 1948.

16. Егоров Ю.А., Юсупов Р.Ю., Глущенков В.А., Алехина В.К. Электротермический силовой привод: Пат. 163932 (РФ). 2015.

17. Алехина В.К., Бикбаев Р.М., Глущенков В.А., Гречников Ф.В. Использование материалов с памятью формы в технических устройствах. Вестн. машиностроения. 2019. No. 9. С. 63—65.

18. Novak V., Sittner P., Dayananda G.N., Braz-Fernandes F.M., Mahesh K.K. Electric resistance variation of NiTi shape memory alloy wires in thermomechanical tests. Experiments and simulation. Mater. Sci. Eng. 2008. Vol. 481—482. P. 127—133. DOI: 10.1016/j.msea.2007.02.162.

19. Christ D., Reese S. A finite element model for shape memory alloys considering thermomechanical couplings at large strains. Int. J. Solids Struct. 2009. Vol. 46 (20). P. 3694—3709. DOI: 10.1016/j.ijsolstr.2009.06.017.

20. Шкловец А.О., Мелентьев В.С. Работа в CAE-пакете Ansys Mechanical: конструкционный анализ методом конечных элементов. Учеб. пос. Самара: Изд-во Самарского ун-та, 2018.

21. Shklovets A.O., Melent’yev V.S. Work in the Ansys Mechanical CAE package: structural analysis by the finite element method. Samara: Izd-vo Samarskogo universiteta, 2018 (In Russ.).

22. Guan J.H., Pei Y.C., Wu J.T. A driving strategy of shape memory alloy wires with electric resistance modeled by logistic function for power consumption reduction. Mechan. Syst. Signal Process. 2021. Vol. 160. P. 4—6 DOI: 10.1016/j.ymssp.2021.107839.

23. Глущенков В.А., Алехина В.К. Термический пресс-штамп: Пат. 205272 (РФ). 2021.