Удосконалення процесів точного об’ємного штампування ступінчастих стрижневих деталей з фланцем

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Донбаська державна машинобудівна академія

Автореферат

дисертації на здобуття ученого ступеня кандидата технічних наук

Спеціальність 05.03.05 - Процеси і машини обробки тиском

Удосконалення процесів точного об'ємного штампування ступінчастих стрижневих деталей з фланцем

Солодун Євген Михайлович

Краматорськ - 2003

Дисертація є рукописом.

Робота виконана в Донбаській державній машинобудівній академії (ДДМА, м. Краматорськ) Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор АЛІЄВ Іграмотдін Сєражутдінович, зав. кафедрою “Обробка металів тиском” ДДМА.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Дорошко Володимир Іванович, професор кафедри “Устаткування для обробки металів тиском”, Східноукраїнський національний університет імені Володимира Даля (м. Луганськ).

кандидат технічних наук, доцент Кузьменко Віктор Іванович, доцент кафедри “Обробка металів тиском”, Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”.

Провідна організація: Вінницький національний технічний університет Міністерства освіти і науки України, кафедра “Технологія й автоматизація машинобудування”.

Учений секретар спеціалізованої вченої ради Д 12.105.01, доктор технічних наук, професор О.В. Сатонін

Анотація

штампування технологічний фланець видавлювання

Солодун Є.М. Удосконалення процесів точного об'ємного штампування ступінчастих стрижневих деталей з фланцем. - Рукопис. Дисертація на здобуття ученого ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.03.05 - “Процеси і машини обробки тиском”. Донбаська державна машинобудівна академія.

Дисертаційна робота спрямована на підвищення ефективності технологічних процесів точного об'ємного штампування ступінчастих стрижневих деталей з фланцем на основі застосування способів комбінованого видавлювання, що забезпечують зниження трудомісткості й енергоємності продукції.

На основі енергетичного методу верхньої оцінки розроблено математичні моделі для процесів плоского й вісесиметричного комбінованого видавлювання ступінчастих стрижневих деталей із фланцем, що дозволяють прогнозувати формозміну заготовки і визначити силовий режим деформування з урахуванням впливу геометрії перехідних крайках матриці і пуансона, а також умов контактного тертя. Експериментально встановлено особливості деформованого стану заготовки при комбінованому видавлюванні. На основі методів планування експериментальних досліджень розроблена емпірична модель для визначення силового режиму процесу комбінованого видавлювання ступінчастих стрижневих деталей із фланцем.

На основі результатів експериментальних і теоретичних досліджень розроблена методика проектування технологічних процесів точного об'ємного штампування ступінчастих стрижневих деталей із фланцем. Розроблено рекомендації з проектування технологічних процесів штампового оснащення для видавлювання ступінчастих стрижневих деталей із фланцем.

Ключові слова: штампування, комбіноване видавлювання, фланець, стрижнева деталь, математична модель, деформований стан.

Аннотация

Солодун Е.М. Совершенствование процессов точной объемной штамповки ступенчатых стержневых деталей с фланцем. - Рукопись. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.03.05 - “Процессы и машины обработки давлением”. Донбасская государственная машиностроительная академия.

Диссертационная работа направлена на повышения эффективности технологических процессов точной объемной штамповки ступенчатых стержневых деталей с фланцем на основе применения способов комбинированного выдавливания, которые обеспечивают снижение трудоемкости и энергоемкости продукции.

Выполнен анализ технологических возможностей точной объемной штамповки стержневых деталей с фланцем. Установлено, что для изготовления ступенчатых стержневых деталей с осевым отростком и фланцем целесообразно применять схемы комбинированного выдавливания, которые способствуют расширению технологических возможностей процессов штамповки за счет усложнения конфигурации и сокращения технологических переходов.

На основе энергетического метода верхней оценки разработаны математические модели для процессов плоского и осесимметричного комбинированного выдавливания ступенчатых стержневых деталей с фланцем, позволяющие прогнозировать формоизменение заготовки и определить силовой режим деформирования.

Оценено влияние на деформационный режим комбинированного выдавливания геометрии переходных кромок матрицы и пуансона - радиуса скругления, величины фасок и угла их наклона, а также условий контактного трения между заготовкой и деформирующим инструментом. Указанные параметры процесса являются управляющими при оптимизации технологического режима деформирования.

На основе экспериментальных исследований деформированного состояния заготовки при комбинированном выдавливании установлены особенности очага деформации и подтверждена адекватность предложенных математических моделей и приемлемость допущений, принятых в теоретическом анализе процесса. Установлено, что на начальной стадии деформирования имеет место разъединенный вид ОД, который в зависимости от диаметра осевого отростка и толщины фланца трансформируется в присоединенный или объединенный ОД.

На основе методов планирования экспериментальных исследований разработана эмпирическая модель для определения силового режима процесса комбинированного выдавливания ступенчатых стержневых деталей с фланцем. При определении усилия комбинированного выдавливания с учетом упрочнения величина сопротивления деформированию _S определяется по большему из значений , рассчитанных для составляющих ОД.

На основе результатов экспериментальных и теоретических исследований разработана методика проектирования технологических процессов точной объемной штамповки ступенчатых стержневых деталей с фланцем. Разработана прикладная программа на ПЭВМ, обеспечивающая снижение затрат и времени на конструкторско-технологическую подготовку производства. Разработаны рекомендации по проектированию технологических процессов и штамповой оснастки для выдавливания ступенчатых стержневых деталей с фланцем. Разработаны и переданы в промышленное освоение технологические процессы и чертежи штамповой оснастки для комбинированного выдавливания точных заготовок стержневых деталей “палец”, “цапфа” на Снежнянском машиностроительном заводе “Мотор Сич” и детали “сопло внутреннее” на Заводе автогенного оборудования “ДОНМЕТ” (г. Краматорск).

Ключевые слова: штамповка, комбинированное выдавливание, стержневая деталь, математическая модель, деформированное состояние.

Annotation

Solodun Y.M. The improvement of the processes of precise die forging of the step-up rod-shaped details with a flange. - Manuscript. Thesis on competition of academic degree of the Candidate of engineering sciences on speciality 05.03.05. - “Processes and Machines of plastic working”. The Donbass State Engineering Academy.

Dissertation work is directed to the effectiveness increase of the manufacturing processes of precise die forging of the step-up rod-shaped details with a flange on basis of the application of combined extrusion methods, which provide laboriousness reduction and production power intensity.

Mathematical models for the processes of flat and axisymmetric combined extrusion of the step-up rod-shaped details with a flange are worked up on basis of energy method of upper bound. These models allow predicting workpiece deformation and determining deformation force schedule taking into consideration the influence of transitional die and punch edges geometry, and also the conditions of contact friction.

The peculiarities of workpiece strained state during combined extrusion are determined on basis of experimental investigation. The empirical model for the determination of force schedule of combined extrusion process of the step-up rod-shaped details with a flange is worked up on basis of experimental investigation planning.

The method of designing of technological processes of precise die forging of the step-up rod-shaped details with a flange is worked up on basis of the results of experimental and theoretical investigations. The recommendations on the designing of technological processes and dies for the extrusion of the step-up rod-shaped details with a flange are developed.

Key words: forging, combined extrusion, rod-shaped detail, mathematical model, strained state.

1. Загальна характеристика роботи

Актуальність роботи. Забезпечення конкурентноздатності продукції машинобудування пов'язано з розробкою й освоєнням нових ресурсозберігаючих технологічних процесів штампування, що дозволяють знизити трудомісткість і енерговитрати виробництва. Найбільш ефективним напрямком удосконалення технологічних процесів точного об'ємного штампування є застосування способів холодного видавлювання, що забезпечують розширення технологічних можливостей процесів і дозволяють максимально наблизити форму і розміри вихідної заготовки до форми і розмірів готової деталі.

Для виготовлення ступінчастих стрижневих деталей із фланцем застосовуються способи прямого видавлювання стрижня з подальшим висадженням фланця, висадження з редукуванням і їх сполучення. При цьому окремі елементи деталей складної форми штампують по черзі, що приводить до збільшення сумарних витрат на деформування заготівлі на послідовних переходах штампування, зниженню точності деталі, що штампується, і призначенню додаткових операцій нанесення змащення. Водночас, застосування комбінованого поздовжньо-поперечного видавлювання для виготовлення ступінчастих стрижневих деталей дозволяє ускладнити конфігурацію одержуваної деталі і скоротити кількість технологічних переходів.

Незважаючи на високу ефективність, приклади освоєння процесів комбінованого видавлювання ступінчастих деталей досить обмежені, що пов'язано з недоліком рекомендацій з розрахунку технологічних процесів і відсутністю закономірностей для прогнозування формозміни і розрахунку силового режиму. Рішення даної проблеми нерозривно пов'язане з проведенням досліджень, математичного опису і комп'ютерного моделювання технологічних процесів точного об'ємного штампування.

Відповідно до викладеного, тема дисертаційної роботи з удосконалення процесів точного об'ємного штампування на основі застосування схем комбінованого видавлювання є актуальною.

Зв'язок роботи з науковими програмами організації. Дисертаційна робота виконана в рамках держбюджетних науково-дослідних робіт (НДР) Міністерства освіти і науки України, виконаних на кафедрі “Обробка металів тиском” (ОМТ) ДДМА (№ держ. реєстр. 0196U015991, 0199U001675, 0196U023528, 0100U001549). Робота відповідає пріоритетному напрямкові розвитку науки і техніки “Нові технології і ресурсозберігаючі технології в енергетиці і промисловості”, Закон України від 11.07.2001 р. №2623-ІІІ, та постанові Кабінету міністрів України №1716 від 24.12.2001 р “Про затвердження державних наукових і науково-технічних програм пріоритетних напрямків розвитку науки і техніки на 2002-2006 роки”.

Мета і задачі досліджень. Метою дисертаційної роботи є підвищення ефективності процесів точного об'ємного штампування ступінчастих стрижневих деталей із фланцем на основі розробки і застосування технологічних способів комбінованого видавлювання, що забезпечують зниження трудомісткості й енергоємності технологічного процесу.

Для досягнення цієї мети в дисертаційній роботі поставлені наступні основні задачі:

розробити математичні моделі процесів плоского й вісесиметричного комбінованого видавлювання ступінчастих стрижневих деталей із фланцем, що дозволяють прогнозувати постадійне формозмінення заготовки і визначити силовий режим деформування;

виявити закономірності зміни силового і деформаційного режиму в залежності від геометричних параметрів робочого інструмента;

на основі експериментальних досліджень технологічних режимів комбінованого видавлювання перевірити адекватність математичних моделей і припущень, прийнятих при теоретичному аналізі процесу;

розробити рекомендації з проектування технологічних процесів і штампового оснащення для точного об'ємного штампування ступінчастих стрижневих деталей із фланцем.

Об'єкт дослідження. Процес комбінованого видавлювання.

Предмет дослідження. Закономірності силового і деформаційного режимів, деформований стан при комбінованому видавлюванні ступінчастих стрижневих деталей із фланцем.

Наукова новизна. На основі методу верхньої оцінки розроблені математичні моделі процесів плоского й вісесиметричного комбінованого видавлювання ступінчастих стрижневих деталей із фланцем, що дозволяють визначити силовий режим деформування і проаналізувати постадійну формозміну заготовки.

На основі методу планування вперше встановлена емпірична залежність для визначення силових параметрів при комбінованому видавлюванні стрижневих деталей з осьовим відростком і фланцем.

Отримано закономірності, що дозволяють врахувати вплив геометрії перехідних крайок матриці і пуансона на плини металу в осьовий відросток і у фланець. Радіуси скруглення, величини фасок і кути їхнього нахилу, а також умови контактного тертя між заготовкою і деформуючим інструментом є керуючими параметрами при оптимізації режиму деформування.

Практична значимість роботи. На основі встановлених закономірностей силового і деформаційного режимів, а також результатів дослідження параметрів деформованого стану, розроблена методика проектування технологічних процесів виготовлення ступінчастих стрижневих деталей із фланцем, що дозволяє знизити витрати на технологічну підготовку виробництва.

На основі отриманих математичних моделей складені алгоритми, за якими розроблені компоненти САПР технологічних процесів, що дозволяють визначити оптимальні параметри деформуючого інструмента при комбінованому видавлюванні ступінчастих стрижневих деталей із фланцем.

Розроблено програмне забезпечення для автоматизованого розрахунку процесу комбінованого видавлювання деталі типу “стрижень із фланцем”. Розрахунковий модуль програми використовується на кафедрі ОМТ ДДМА в науково-дослідній роботі і навчальному процесі.

Розроблено рекомендації з проектування технологічних процесів комбінованого видавлювання ступінчастих стрижневих деталей із фланцем, що сприяють розширенню можливостей процесів штампування за рахунок ускладнення конфігурації одержуваних деталей.

Розроблені і передані в промислове освоєння технологічні процеси і креслення оснащення для видавлювання деталей “палець”, “цапфа” на Сніжнянському машинобудівному заводі “Мотор Січ” і деталі “сопло внутрішнє” на заводі автогенного устаткування “ДОНМЕТ” (м. Краматорськ). Отримано дослідну партію деталі “сопло внутрішнє”.

Особистий внесок здобувача полягає в обґрунтуванні мети роботи, постановці і рішенні основних задач дослідження.

Автором розроблені математичні моделі і встановлені закономірності комбінованого видавлювання, сформульовані рекомендації з проектування технологічних процесів комбінованого видавлювання ступінчастих стрижневих деталей із фланцем. Проведено експериментальні дослідження процесу комбінованого видавлювання. Розроблено прикладну програму для розрахунку процесів комбінованого видавлювання. Розроблено і передано в промислове освоєння технологічні процеси і креслення штампового оснащення для штампування ступінчастих стрижневих деталей із фланцем.

Апробація роботи. Основні положення роботи, наукові і практичні результати доповідалися на 12 науково-технічних конференціях:

Науково-технічній конференції молодих вчених і фахівців "Проблеми техніки, технології й економіки машинобудівного виробництва", м. Краматорськ, травень 1996 р.;

VIII Всеукраїнській науковій конференції аспірантів і студентів “Охорона навколишнього середовища і раціональне використання природних ресурсів”, м. Донецьк, 14-16 квітня 1998 р.;

Всеукраїнських науково-технічних конференціях “Перспективні технології й устаткування обробки тиском у металургії і машинобудуванні”, м. Краматорськ, квітень 1998, 1999 рр.;

Міжнародних науково-технічних конференціях “Перспективні технології й устаткування обробки тиском у металургії і машинобудуванні”, м. Краматорськ, квітень 2000, 2001, 2002 рр.;

Міжнародній науково-технічній конференції “Застосування теорії пластичності в сучасних технологіях обробки тиском”, м. Вінниця, 31 травня - 2 червня 2001 р.;

II Міжнародному науковому семінарі "Нові технології і досягнення в металургії й інженерному матеріалознавстві", м. Ченстохов, Ченстоховський технічний університет, червень 2001 р.

Міжнародній науковій конференції "Сучасні проблеми механіки і фізико-хімії процесів різання, абразивної обробки і поверхневого деформування", м. Київ, 14-16 травня 2002 р.

VI Міжнародній науково-технічній конференції “Пластична деформація металів”, м. Дніпропетровськ, 16-19 вересня 2002 р.;

Міжнародній науково-технічній конференції "Нові досягнення і перспективи розвитку процесів і машин обробки тиском", м. Краматорськ, 22-25 квітня 2003 р.

Публікації. Матеріали дисертації опубліковані в 21 друкованій праці, 13 з яких опубліковано в 10 спеціалізованих виданнях, включених до переліку ВАК України, 2 статті надруковано в закордонних спеціалізованих виданнях (м. Тула, Росія, м. Ченстохов, Польща).

Структура й обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, п'яти розділів, висновків і додатків. Повний обсяг роботи - 260 сторінок, в тому числі 126 сторінок основного тексту, 89 малюнків на 61 сторінках, 20 таблиць на 19 сторінках, список використаних джерел з 168 найменувань і 9 додатків, що займають 34 сторінки.

2. Основний зміст роботи

В вступі наведена загальна характеристика роботи, обґрунтована актуальність теми дисертації, сформульовані мета і задачі дослідження, визначені наукова новизна і практична цінність отриманих результатів.

У першому розділі наведений аналіз стану теорії і технології об'ємного штампування ступінчастих стрижневих деталей.

Показано, що в даний час існує велика номенклатура ступінчастих стрижневих деталей з осьовим відростком і фланцем. Проаналізовано варіанти виготовлення стрижневих деталей із застосуванням простих схем прямого видавлювання стрижня з подальшим висадженням фланця (при d/Do0.8 і H/Do2), штампуванням, осаджуванням з елементами подовжнього видавлювання (при d/Do0.8 і H/Do<2), висадження з редукуванням і їхнім сполученням (при d/Do>0.8).

Комбінування схем подовжнього і поперечного видавлювання при виготовленні ступінчастих стрижневих деталей підвищує можливості інтенсифікації процесу штампування за рахунок зниження енерговитрат і скорочення кількості технологічних переходів. Приклади промислового освоєння процесів комбінованого видавлювання стрижневих деталей малочисельні, що пов'язано з недоліком досліджень силового режиму і формозміни заготовки в процесі деформування.

Встановлено, що для інтенсифікації технологічних процесів точного об'ємного штампування ступінчастих стрижневих деталей із фланцем необхідне створення математичних моделей, що дозволяють визначити силовий режим деформування і прогнозувати формозміну на послідовних стадіях процесу комбінованого поздовжньо-радіального.

На підставі аналітичного огляду поставлені цілі і задачі досліджень.

У другому розділі обґрунтований вибір методів теоретичного й експериментального дослідження процесу комбінованого зворотно-радіального видавлювання ступінчастих стрижневих деталей із фланцем.

У результаті аналізу літературних джерел і відповідно до результатів настановних експериментальних досліджень, при комбінованому видавлюванні стрижневих деталей із фланцем на різних стадіях процесу було виявлено наявності таких схем осередків деформації (ОД): об'єднаних, роз'єднаних і приєднаних ОД.

Для теоретичного аналізу використаний енергетичний метод, заснований на балансі потужностей зовнішніх і внутрішніх сил на кінематично можливих полях швидкостей. Даний метод досить оперативний і добре адаптований до сучасних ПЕОМ.

В основу експериментальних досліджень покладений метод тензометрії. Аналіз деформованого стану здійснювався за допомогою методу ділильних сіток. Планування експериментів, обробка дослідних даних і розробка емпіричних моделей здійснювалися на основі методів математичної статистики.

У третьому розділі представлений теоретичний аналіз комбінованого зворотно-радіального видавлювання ступінчастих стрижневих деталей із фланцем. Розглянуто варіанти кінематично можливих полів швидкостей з роз'єднаним, приєднаним і об'єднаним ОД. Аналіз кожної схеми ОД має свої особливості, пов'язані з визначенням оптимального кінематичного режиму.

Розрахункові схеми процесу комбінованого видавлювання стрижневих деталей представлені на рис. 2. Визначення оптимальних параметрів кінематично можливого поля швидкостей здійснюється за умовою мінімуму повної потужності деформування і для кожної зі схем виконується з варіюванням розмірів ОД.

Для зручності представлення результатів розрахунків усі геометричні параметри процесу віднесені до половини поперечного розміру R_m.

При комбінованому видавлюванні стрижневих деталей з відносно високої заготовки (H/R_m2) між локальними ОД розташовується тверда проміжна зона. Побудова годографа швидкостей можлива, якщо задаємося величиною швидкості переміщення твердої проміжної зони 3: , де ₁- коефіцієнт пропорційності. З умови рівноваги потужностей на границях твердої зони 3 знаходимо коефіцієнт ₁:

, (1)

де - приведений тиск для процесу зворотного видавлювання ();

- приведений тиск для процесу радіального видавлювання.

Аналіз варіанта комбінованого видавлювання з приєднаним ОД (при H/R_m<2 і R_o0.3) зводиться до визначення положення поверхні розподілу плину металу в подовжньому і поперечному напрямках. Чисельним рішенням установлено, що на положення поверхні розподілу плину R_x впливають не тільки співвідношення Н_ф/R_o, але геометрія перехідних крайок деформуючого інструмента, а також умови контактного тертя. Методом підбору функції, що апроксимує чисельні рішення, отримані вирази для визначення величини R_x при різній геометрії перехідних крайок матриці і пуансона:

; (2)

де - радіуси скруглення крайок матриці і пуансона;

- коефіцієнт тертя (за Зібелем) на контактних поверхнях матриці і пуансона.

У результаті аналізу розрахункової схеми процесу з об'єднаним ОД (при H/R_m<2 і R_o>0.3) визначене оптимальне значення коефіцієнта пропорційності ₂, що показує у скільки разів об'єм металу, витисненому пуансоном, більше за об'єм металу, видавленогоі в поперечному напрямку. Установлено, що оптимальна величина коефіцієнта пропорційності ₂ залежить тільки від співвідношення Н_ф/R_o і в ході процесу не змінюється.

За результатами розрахунків побудовані графіки залежності оптимальних значень коефіцієнтів ₁, ₂ і зміни положення поверхні розподілу плину від геометричних параметрів процесу.

Для плоскої задачі встановлено, що поверхня розподілу плину металу у фланець і осьовий відросток в ході процесу зміщується в напрямку вісі симетрії. При цьому на її положення істотно впливає не тільки співвідношення Н_ф/R_o, але і радіус закруглення перехідних крайок матриці і пуансона, або величина фаски з ефективним діапазоном варіювання кута нахилу від 15⁰ до 60⁰, а також умови контактного тертя між заготовкою і деформуючим інструментом. Зазначені параметри можуть використовуватися як керуючі при оптимізації технологічного процесу.

Знаючи швидкості витікання металу в радіальному й осьовому напрямках, знаходимо збільшення розмірів заготовки на послідовних етапах деформування:

; , (3)

де - переміщення пуансона.

- приймає значення коефіцієнтів 1-₁ або ₂ для розрахункових схем з роз'єднаним або об'єднаним ОД і значення R_x для розрахункової схеми з приєднаним ОД.

Аналіз силового режиму комбінованого видавлювання показав, що приведений тиск в ході процесу змінюється на 10-15% для схеми з роз'єднаним ОД і на 15-20% - для схем із приєднаним і об'єднаним ОД.

Установлено, що при видавлюванні подовжених стрижневих деталей (при H/R_m2) приведений тиск на 10-15% більше, ніж при видавлюванні відносно низьких стрижнів із фланцем (при H/R_m<2).

Для аналізу вісесиметричної задачі комбінованого видавлювання стрижневих деталей із плоским фланцем і осьовим відростком був використаний енергетичний метод.

Осередок деформації розбитий на кілька кінематичних елементів, усередині яких плин металу можна вважати відносно рівномірним.

Кінематично можливе поле швидкостей знаходиться з урахуванням граничних умов. Для кожного елемента визначаються осьові і зсуваючі складові швидкостей ковзання, значення швидкостей і інтенсивності швидкостей деформацій, потужності сил деформування, зрізу і тертя. У результаті чисельної реалізації на ПЕОМ математичної моделі вісесиметричного комбінованого видавлювання отримані залежності приведеного тиску від геометричних параметрів процесу, а також визначене положення поверхні розподілу плину R_x.

Зміна положення площини розподілу плину R_x зберігає характер залежності, отриманої для плоскої задачі. Величина R_x для вісесиметричного процесу на 2-7% більше, ніж для плоскої задачі. Величини приростів розмірів осьового відростка і фланця на послідовних етапах деформування визначаються за формулами:

; . (4)

Порівняльний аналіз результатів розрахунку методом верхньої оцінки і методом кінцевих елементів показав гарний якісний і кількісний збіг картин постадійної формозміни заготовки. Аналіз формозміни деталі при комбінованому видавлюванні здійснювався разом із Дрезденським технічним університетом з використанням програмного продукту MARC/AutoForge.

У четвертому розділі представлені експериментальні дослідження формозміни, виконаний порівняльний аналіз різних схем комбінованого поздовжньо-радіального видавлювання стрижневих деталей із фланцем. Установлено, що для виготовлення ступінчастих стрижневих деталей з осьовим відростком і фланцем зі співвідношеннями Н/D_o2 і d/D_о<0,8 доцільно застосовувати схеми комбінованого зворотно-радіального видавлювання. Виконано аналіз деформованого стану, розроблені емпіричні моделі силового режиму деформування в процесі комбінованого видавлювання ступінчастих стрижневих деталей із фланцем.

Для дослідження деформованого стану використовувалися складені зразки з алюмінієвого сплаву АД1 з базою сітки 1 мм і зі свинцю С1 з базою 1,5 і 2 мм.

Аналіз розподілу інтенсивності деформацій дозволив виявити осередки деформації, що на послідовних стадіях деформування змінюють свої розміри і трансформуються з одного виду в іншій. На розмір і форму ОД впливають як геометричні параметри процесу, так і умови контактного тертя.

Установлено, що на початковій стадії деформування заготовок зі співвідношенням H/D1 має місце роз'єднаний вид ОД, що при поточній висоті H0.6D трансформується в приєднаний ОД (при Н_ф0.3 і R_o0.3) або в об'єднаний ОД (при Н_ф>0.3 і R_o>0.3). Установлено, що при збільшенні коефіцієнта тертя процес трансформування виду ОД настає раніше, а також підвищується ймовірність утворення дефектів форми фланця, таких як підгинання краю фланця і розрив фланця.

Експериментально встановлено, що відхилення положення поверхні розподілу плину R_x від розрахованих теоретично не перевищує 3% для пластичних матеріалів (А1, АД31, М3) і 5% для менш пластичних матеріалів (АМг6, Л62). Це підтверджує достатній ступінь відповідності розроблених математичних моделей реальному процесові комбінованого видавлювання.

За результатами аналізу деформованості при комбінованому видавлюванні виявлені “небезпечні зони” з погляду порушення суцільності металу (розриви фланця, тріщини в зонах з максимальними зсуваючими деформаціями) і появи дефектів форми (загинання краю фланця).

Аналіз силового режиму комбінованого видавлювання ступінчастих стрижневих деталей із фланцем здійснювався у відповідності зі спектром плану 3ⁿ повнофакторного експерименту і застосуванням методів математичної статистики. Експерименти проводилися на іспитових машинах МС-500 і МС-2000. Зразки виготовлялися з матеріалів С1, А1, АД31, М3, Л62, сталь 10. Варіювання геометричних параметрів процесу здійснювалось на наступних рівнях: товщина фланця: 3, 5, 7 мм; діаметр осьового відростка: 10 , 12.5 , 15 мм; діаметр матриці 20 , 24 , 28 мм. Як змащення для зразків зі свинцю, алюмінієвих сплавів використовували олію індустріальну, а для зразків зі сталі 10, міді і латуні - суміш олія + графіт + бітум. На спеціальних експериментальних установках - пластотрибометрах визначені значення коефіцієнта тертя. При цьому експериментально визначені значення коефіцієнта тертя (за Зібелем) знаходилися в межах = 0.042...0.045.

Отримана емпірична модель для визначення приведеного тиску має вигляд:

. (5)

Установлено, що при визначенні зусилля комбінованого видавлювання з урахуванням зміцнення величина опору деформуванню _S визначається за більшим із значень , розрахованих для складових локальних ОД.

Отримані експериментально значення сили деформування менше, ніж розраховані теоретично, на 10-12% для Н_ф=0.1 і на 5-8% для Н_ф=0.3.

У п'ятому розділі на основі теоретичних і експериментальних досліджень розроблена методика проектування технологічних процесів точного об'ємного штампування ступінчастих стрижневих деталей із фланцем зі співвідношеннями Н/D_o2 і d/D_о<0,8. Розроблено рекомендації з розрахунку і призначення технологічних параметрів і форми деформуючого інструмента, що дозволяють оптимізувати плин металу у відросток і у фланець.

Розроблено технологічні процеси одержання ступінчастих стрижневих деталей із фланцем, що сприяють розширенню можливостей процесів штампування за рахунок ускладнення конфігурації одержуваних деталей.

Розроблено програмне забезпечення на ПЕОМ для розрахунку процесів комбінованого видавлювання, що дозволяє прискорити процес конструкторсько-технологічної підготовки при проектуванні процесів точного об'ємного штампування. Даний програмний продукт використовується в навчальному процесі на кафедрі ОМТ ДДМА.

Розроблені і передані у промислове освоєння технологічні процеси і креслення штампового оснащення для виготовлення точних заготовок стрижневих деталей “палець”, “цапфа” на Сніжнянському машинобудівному заводі “Мотор Січ” і деталі “сопло внутрішнє” на Заводі автогенного устаткування “ДОНМЕТ” (м. Краматорськ). Отримано дослідну партію деталі “сопло внутрішнє”.

Висновки

Виконано аналіз технологічних можливостей процесів точного об'ємного штампування стрижневих деталей із фланцем. Установлено, що для виготовлення ступінчастих стрижневих деталей з осьовим відростком і фланцем зі співвідношеннями Н/D_o2 і d/D_о<0,8 доцільно застосовувати схеми комбінованого видавлювання.

На основі енергетичного методу розроблені математичні моделі для процесів плоского й вісесиметричного комбінованого видавлювання ступінчастих стрижневих деталей із фланцем, що дозволяють прогнозувати формозміну заготовки і заповнення гравюри штампа, а також визначити силовий режим деформування.

Оцінено вплив на кінематику плину металу геометрії перехідних крайок матриці і пуансона - радіуса скруглення, величини фаски і кута її нахилу, а також умов контактного тертя між заготовкою і деформуючим інструментом. Зазначені параметри процесу є керуючими при оптимізації технологічного режиму деформування.

Експериментальні дослідження деформованого стану заготовки при комбінованому видавлюванні підтвердили адекватність запропонованих математичних моделей і прийнятність припущень, прийнятих у теоретичному аналізі процесу. Установлено, що на початковій стадії деформування заготовок зі співвідношенням H/D1 має місце роз'єднаний вид ОД, що при поточній висоті H0.6D трансформується в приєднаний ОД (при Нф0.3 і Ro0.3) і в об'єднаний ОД (при Нф>0.3 і Ro>0.3). Установлено, що розбіжність теоретичних і експериментальних даних за положенням поверхні розподілу плину не перевищує 5%. Це підтверджує можливість застосування результатів теоретичного аналізу для визначення технологічних режимів при комбінованому видавлюванні.

Установлено, що значення тиску деформування, отримані експериментально, менше розрахованих теоретично на 10-12% для Нф=0.1 і на 5-8% для Нф=0.3. При визначенні зусилля комбінованого видавлювання з урахуванням зміцнення величина опору деформуванню _S визначається за більшим зі значень , розрахованих для складових ОД. З використанням методу планування експерименту розроблена емпірична модель для визначення силового режиму процесу комбінованого видавлювання ступінчастих стрижневих деталей із фланцем.

На основі результатів експериментальних і теоретичних досліджень розроблені рекомендації з проектування технологічних процесів точного об'ємного штампування ступінчастих стрижневих деталей із фланцем. Розроблено прикладну програму на ПЕОМ, що забезпечує зниження витрат і часу на конструкторсько-технологічну підготовку виробництва. Програма використовується на кафедрі ОМТ ДДМА в науково-дослідній роботі і навчальному процесі.

Розроблені і передані в промислове освоєння технологічні процеси і креслення штампового оснащення для комбінованого видавлювання точних заготовок стрижневих деталей “палець”, “цапфа” на Сніжнянському машинобудівному заводі “Мотор Січ” і деталі “сопло внутрішнє” на Заводі автогенного устаткування “ДОНМЕТ” (м. Краматорськ). Отримано дослідну партію деталі “сопло внутрішнє”.

Список опубликованных работ

1. Алиев И.С., Крюгер К., Солодун Е.М. Методика исследования напряженно-деформированного состояния при радиальном выдавливании // Совершенствование процессов и оборудования обработки давлением в металлургии и машиностроении: Сборник научных трудов. - Краматорск: ДГМА. - 1998. - С. 197-202.

2. Солодун Е.М., Чучин О.В., Павлова Н.Н. Анализ формоизменения при выдавливании сложнопрофилированных деталей // Совершенствование процессов и оборудования обработки давлением в металлургии и машиностроении: Сборник научных трудов. - Краматорск: ДГМА. - 1998. - С. 342-345.

3. Солодун Е.М., Махмудов К.Д., Лобанов А.И. Анализ формоизменения при обратно-прямом выдавливании // Удосконалення процесів та обладнання обробки тиском в машинобудуванні та металургії. Міжвузівський тематичний збірник наукових праць. - Краматорськ: ДДМА. - 1999. - С. 49-51.

4. Алиев И.С., Солодун Е.М., Крюгер К., Йеше Ф. Анализ процессов комбинированного выдавливания стержневых деталей // Ресурсозберігаючі технології виробництва та обробки тиском матеріалів у машинобудуванні: Зб. Наук. Пр. - Луганськ: Вид-цтво СУДУ. - 2000. - С. 8-13.

5. Савченко О.К., Возный В.Ф., Солодун Е.М. Исследование эффективности технологических смазок при холодной объемной штамповке // Удосконалення процесів і обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні. Тематичний збірник наукових праць. - Краматорськ: ДДМА. - 2000. - С. 71-73.

6. Алиев И.С., Солодун Е.М., Крюгер К. Моделирование процессов комбинированного выдавливания // Механика деформированного твердого тела и обработка металлов давлением. Сб. научн. трудов. - Тула: Тульский гос. унив-т. - 2000, - С. 21-27.

7. Солодун Е.М., Калинов А.М., Чучин О.В. Экспериментальное исследование деформированного состояния при комбинированном выдавливании // Удосконалення процесів і обладнання обробки тиском в машинобудуванні і металургії. Тематичний збірник наукових праць. - Краматорськ-Словянськ: ДДМА. - 2000. - С. 272-275.

8. Солодун Е.М., Гридасов В.М., Борисов Р.С. Теоретический анализ процессов комбинированного выдавливания стержневых деталей с фланцем // Удосконалення процесів і обладнання обробки тиском в машинобудуванні і металургії. Тематичний збірник наукових праць. - Краматорськ: ДДМА. - 2001. - С. 227-231.

9. Солодун Е.М., Прийменко С.Г., Косенко М.В. Сравнительный анализ напряженно-деформированного состояния при комбинированном выдавливании // Удосконалення процесів і обладнання обробки тиском в машинобудуванні і металургії. Тематичний збірник наукових праць. - Краматорськ: ДДМА. - 2001. - С. 232-235.

10. Савченко О.К., Солодун Е.М., Глянько Ю.В. Освоение процессов комбинированной штамповки стержневых деталей с широким фланцем // Удосконалення процесів і обладнання обробки тиском в машинобудуванні і металургії. Тематичний збірник наукових праць. - Краматорськ: ДДМА. - 2001. - С. 240-243.

11. Алиев И.С., Солодун Е.М., Глянько Ю.В. Анализ процессов комбинированной штамповки стержневых деталей с широким фланцем // Застосування теорії пластичності в сучасних технологіях обробки тиском. Збірник тез доповідей міжнародної науково-технічної конференції, м. Вінниця, 30 травня - 2 червня 2001 року. - Вінниця. - 2001. - С. 66-67.

12. Алиев И.С., Солодун Е.М., Носаков А.А., Крюгер К. Моделирование процессов комбинированного выдавливания // Nowe technologie i osiqgniecia w metalurgie i inzynierii materialowej. II Miedzynarodowa sesja naukowa - Czestochowa: Wydawnictwo Wydzialu Metalurgii i Inzynierii Materialowej Politechniki Czestochowskiej. - 2001. - S. 195-200.

13. Савченко О.К., Солодун Е.М., Носаков А.А., Лобанов А.И. Проектирование штампов для комбинированной штамповки стержневых деталей // Удосконалення процесів і обладнання обробки тиском в машинобудуванні і металургії. Тематичний збірник наукових праць. - Краматорськ: ДДМА. - 2002. - С. 343-347.

14. Алиев И.С., Солодун Е.М., Крюгер К. Анализ деформированного состояния при комбинированном выдавливании деталей с фланцем // Металлургия и горнорудная промышленность. - Днепропетровск: НметАУ. - 2002, № 3. - С. 458-462.

15. Носаков А.А., Солодун Е.М., Алиева Л.И. Прогнозирование дефектов типа утяжин при точной штамповки выдавливанием // Удосконалення процесів і обладнання обробки тиском в машинобудуванні і металургії. Тематичний збірник наукових праць. - Краматорськ-Хмельницький: ДДМА. - 2002. - С. 105-110.

16. Солодун Е.М., Чучин О.В., Белоус Л.В. Комбинированное выдавливание деталей типа стакан с донным отростком // Удосконалення процесів і обладнання обробки тиском в машинобудуванні і металургії. Тематичний збірник наукових праць. - Краматорськ: ДДМА. - 2003. - С. 345-349.

17. Алиев И.С., Гридасов В.М., Солодун Е.М. Проектирование технологических процессов, оснастки для выдавливания в разъемных матрицах // Проблемы техники, технологии и экономики машиностроительного производства. Тезисы докладов научно-технической конференции молодых ученых и специалистов. - Краматорск: ДГМА. - 1996. - С. 36.

18. Гридасов В.М., Солодун Е.М., Морозова М.С. Анализ процессов комбинированного поперечно-обратного выдавливания // Проблемы техники, технологии и экономики машиностроительного производства. Тезисы докладов научно-технич. конференции молодых ученых и специалистов. - Краматорск: ДГМА. - 1996. - С. 37-38.

19. Солодун Е.М., Чучин О.В., Павлова Н.Н. Разработка ресурсосберегающих и экологически безопасных технологий кузнечного производства // Охорона навколишнього середовища та раціональне використання природних ресурсів. Збірник доповідей VIII Всеукраїнської наукової конференції аспірантів та студентів. Том 1. - Донецьк, ДонДУ, ДонДАУ. - 1998. - С. 191-192.

20. Алиев И.С., Солодун Е.М. Моделирование процессов комбинированной штамповки в разъемных матрицах // Современные проблемы механики и физико-химии процессов резания, абразивной обработки и поверхностного пластического деформирования: Материалы Международной научной конференции, 14-16 мая 2002 г., г. Киев. - Киев: АТМ Украины. - 2002. - С. 92-94.

21. Солодун Е.М. Проектирование штампов для комбинированной штамповки // Современные проблемы механики и физико-химии процессов резания, абразивной обработки и поверхностного пластического деформирования: Материалы Международной научной конференции, 14-16 мая 2002 г., г. Киев. - Киев: АТМ Украины. - 2002. - С. 112-114.

Размещено на Allbest.ru

...