Інтенсифікація витягування порожнистих тонкостінних виробів з використанням профільованих заготовок

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний технічний університет України

“Київський політехнічний інститут”

УДК 621.983

Інтенсифікація витягування порожнистих тонкостінних виробів з використанням профільованих заготовок

Спеціальність 05.03.05 - Процеси і машини обробки тиском

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Орлюк Михайло Володимирович

Київ 2006

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Національному технічному університеті України “Київський політехнічний інститут” Міністерства освіти і науки України, на кафедрі механіки пластичності матеріалів та ресурсозберігаючих процесів

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Стеблюк Володимир Іванович, Національний технічний університет України “КПІ” (м. Київ), професор кафедри механіки пластичності матеріалів та ресурсозберігаючих процесів

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, старший науковий співробітник Сухов Віталій Вікторович, Інститут спеціальних систем і технологій ІМіС Міністерства промислової політики України (м. Київ), директор;

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Левченко Володимир Миколайович, Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут” (м. Харків), заступник завідувача кафедри обробки металів тиском

Провідна установа: Національна металургійна академія України Міністерства освіти і науки України, м. Дніпропетровськ

Захист відбудеться “20” лютого 2006 р. о 15 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.002.01 в Національному технічному університеті України “Київський політехнічний інститут” за адресою: 03056, м. Київ, пр. Перемоги 37, корп. 1, ауд 166.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного технічного університету України “Київський політехнічний інститут” за адресою: 03056, м. Київ, пр. Перемоги 37.

Автореферат розіслано “18” січня 2006 р.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради, д.т.н., доцент Боронко О.О.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Традиційні методи формоутворення порожнистих виробів зі складним профілем стінок та значної тонкостінності, що характеризується співвідношенням товщини стінок і дна > 4…5, вимагають застосування багатоопераційного витягування та витягування з потоншенням з проміжними операціями термічної обробки. Це зумовлено необхідністю значного перерозподілу металу між дном і стінкою в умовах несприятливої для пластичного деформування схеми напружено-деформованого стану (НДС) при витягуванні із плоскої заготовки.

Використання попередньо профільованої заготовки, товщина якої змінюється за певним законом вздовж радіуса, дозволяє виконати перерозподіл металу при більш сприятливих для пластичної деформації схемах НДС як на стадії профілювання, так і в процесі наступного витягування (утворення резерву міцності небезпечного перетину) і тим самим створити передумови інтенсифікації виробництва порожнистих тонкостінних виробів та виробів із складним профілем стінок і дна.

Застосування ж профільованої заготовки при комбінованому витягуванні, яке в свою чергу є одним з методів інтенсифікації процесу витягування, дозволить ще в більшій мірі скоротити технологічний цикл виробництва, знизити його матеріало- та енергоємність в порівнянні з традиційними методами виготовлення подібних виробів із плоских заготовок шляхом багатоопераційного витягування та витягування з потоншенням з проміжними операціями відпалювання.

Тому інтенсифікація процесу витягування порожнистих виробів з використанням профільованих заготовок є актуальною науково-прикладною задачею, оскільки нагального вирішення вимагає проблема створення ефективних технологій виготовлення сталевих гільз стрілецьких та артилерійських боєприпасів.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Робота виконувалась згідно з пріоритетним напрямком розвитку науки і техніки “Екологічно чиста енергетика та ресурсозберігаючі технології” (постанова Верховної Ради України № 27057-ХІ від 16.10.92 р.) в рамках держбюджетної теми “Розробка теорії та методів інтенсифікації виготовлення трубчастих та порожнистих виробів із високоміцних сплавів”, № ДР 01984001354 (1998_99 рр.), виконавцем якої був автор.

Мета і задачі дослідження. Метою дослідження є обґрунтування технологічних параметрів витягування попередньо спрофільованих заготовок та розробка технологічних засобів, що забезпечують інтенсифікацію формоутворення порожнистих тонкостінних виробів.

В роботі поставлені і вирішені наступні задачі:

дослідження особливостей складкоутворення фланця профільованих заготовок при витягуванні та впливу на нього конструктивних параметрів засобів, створених для попередження утворення гофри;

удосконалення математичних моделей витягування та комбінованого витягування профільованих заготовок шляхом врахування при розв'язку диференційного рівняння рівноваги нерівномірно розподілених по поверхні фланця заготовки сил тертя;

розробка критерію інтенсифікації процесу витягування профільованих заготовок з врахуванням додаткових факторів, викликаних їх взаємодією з елементами технологічного оснащення;

експериментальна перевірка адекватності одержаних математичних моделей;

розробка на основі теоретичних та експериментальних досліджень практичних рекомендацій по вдосконаленню витягування та комбінованого витягування профільованих заготовок та застосуванню їх в технологічних процесах.

Об'єктом дослідження є процес витягування порожнистих тонкостінних виробів із попередньо спрофільованих заготовок.

Предметом дослідження є інтенсифікація витягування за рахунок зменшення розтягуючих напружень в небезпечному перетині стінки виробу при застосуванні попередньо спрофільованих заготовок.

Методи дослідження. Теоретичні дослідження проведені з використанням відомих положень і математичного апарату теорії пластичності та теорії листового штампування. Експериментальні дослідження витягування та комбінованого витягування профільних заготовок виконані у виробничих і лабораторних умовах. При цьому застосовувалися методи тензометрії, метод координатних сіток та стандартні випробування зразків. тертя фланець витягування профільований

Наукова новизна одержаних результатів. В дисертації одержані такі нові наукові результати:

удосконалено математичну модель витягування профільованих заготовок, товщина яких змінюється по радіусу за лінійним законом, що дозволяє врахувати як деформаційне зміцнення і геометрію профільованої заготовки, так і особливості взаємодії елементів штампа з осередком деформації;

встановлено оптимальний закон розподілу тиску притискача вздовж радіуса профільованої заготовки, при якому забезпечується стійкість фланця заготовки в процесі витягування;

узагальнено математичну модель комбінованого витягування, яка при розрахунку напружень дозволяє врахувати зміну розмірів осередку примусового потоншення, обумовлену профілем заготовки в порівнянні з витягуванням заготовок сталої товщини;

одержано залежність граничних коефіцієнтів витягування профільованих заготовок з притискачем від ступеня попереднього профілювання з урахуванням розподілених по поверхні осередку деформації сил тертя.

Практичне значення одержаних результатів. В результаті теоретичного обґрунтування та експериментального підтвердження можливості інтенсифікації процесу отримання порожнистих тонкостінних виробів за рахунок застосування при витягуванні та комбінованому витягуванні попередньо спрофільованих заготовок:

запропоновано “Спосіб одержання порожнистих циліндричних виробів із змінною товщиною стінки”, захищений патентом України № 36907 А;

на базі узагальнених моделей витягування та комбінованого витягування розроблено комплекс програмних засобів, що дозволяє визначити енергосилові параметри процесів, що проектуються, та оперативно вирішувати питання, які виникають при проектуванні технологічних процесів та оснащення;

запропоновані нові конструктивні рішення технологічного оснащення притискача, які запобігають утворенню гофри в процесі витягування профільної заготовки і можуть бути використані при проектуванні штампів для витягування як плоскої, так і профільної заготовки з довільним законом зміни товщини вздовж радіуса.

Результати дисертаційної роботи були використані при проектуванні технологічних процесів та виготовленні установчих партій зразків сталевого піддонну гарматного боєзаряду та гільз артилерійського та стрілецького озброєння нового покоління і прийняті для використання в роботі Державним науково-дослідним інститутом хімічних продуктів (м. Шостка) та Державним підприємством “Конструкторсько-технологічний центр верстатобудування” (м. Київ). Дослідні зразки сталевого піддонну для боєприпасів калібру 152 мм та гільз калібру 12,7 мм виготовлені в Україні вперше.

Особистий внесок здобувача полягає в наступному:

отримано розв'язок диференційного рівняння рівноваги елементарного об'єму фланця профільної заготовки з урахуванням геометрії заготовки та сил тертя, розподілених по фланцю, який покладено в основу моделі витягування профільованих заготовок;

узагальнено математичну модель комбінованого витягування з урахуванням впливу форми заготовки на розміри осередку примусового потоншення та енергосилові параметри процесу;

досліджено особливості складкоутворення при вісесиметричному витягуванні профільних заготовок та запропоновані нові рішення для запобігання утворення гофри;

проведено експериментальні дослідження та аналіз результатів витягування та комбінованого витягування попередньо спрофільованих заготовок;

розроблено рекомендації по розрахунку раціональних параметрів попередньо спрофільованих заготовок та технологічного оснащення;

розроблено технологічні процеси та виготовленні дослідні партії сталевих піддонів калібру 152 мм та гільз калібру 12,7 мм із застосуванням профільованих заготовок.

Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертаційної роботи повідомлені й обговорені: на науковій конференції молодих вчених, присвяченій 100 _ річчю механіко - машинобудівного факультету НТУУ “КПІ”(м. Київ, 1996 р.); на Міжнародній науково - технічній конференції, присвяченій 100 _ річчю механіко - машинобудівного і 50 _ річчю зварювального факультетів (м. Київ, 1998 р.); науково-технічній конференції студентів і молодих вчених (м. Київ, 2000 р.); всеукраїнській науково-технічній конференції “Перспективні технології та обладнання тиском в металургії та машинобудуванні” (м.Краматорськ, 2000 р.); III Міжнародній конференції “Прогресивна техніка і технологія - 2002” (м. Севастополь, 2002 р.).

Публікації. За темою дисертаційної роботи опубліковано 12 друкованих праць, серед яких 9 статей у фахових виданнях ВАК України, 1 патент та 2 тези науково-технічних конференцій.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, 5 розділів, висновків, списку використаних джерел і 4 додатків. Повний об'єм дисертації 196 стор., включаючи: 75 малюнків, 4 таблиці, список використаних джерел з 78 найменувань і 45 стор. додатків.

Основний зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації, її наукова новизна, практична значимість, особистий внесок здобувача, наведені відомості про апробацію, публікації, структуру та обсяг дисертації, сформульовані мета та задачі дослідження.

У першому розділі наведено аналітичний огляд літератури по типовим технологічним схемам глибокого витягування, які є базовими при виробництві порожнистих тонкостінних виробів, розглянуто особливості їх застосування.

Проаналізовано основні способи інтенсифікації процесів витягування для підвищення їх ефективності. В якості основного показника ефективності в даному випадку доцільне використання відносної глибини виробу, якої можна досягти при застосуванні тієї чи іншої технологічної схеми витягування. Виконано аналіз методів розрахунку та їх застосування при дослідженні процесів із застосуванням ЕОМ.

Розглянуто теоретичні основи одного з перспективних методів інтенсифікації виготовлення порожнистих тонкостінних виробів із змінною товщиною стінки - витягування із застосуванням попередньо спрофільованих заготовок. Показано, що цей метод, особливо у поєднанні з комбінованим витягуванням, відкриває нові можливості для інтенсифікації процесів глибокого витягування.

Другий розділ присвячений дослідженню особливостей витягування попередньо спрофільованих заготовок, товщина яких змінюється за лінійним законом (рис. 1), та їх врахуванню при теоретичному аналізі напружено-деформованого стану процесу.

Встановлено, що при відносній товщині периферійної частини профільованої заготовки фланець заготовки втрачає стійкість, що призводить до утворення гофри і браку. Задача забезпечення стійкості фланця була вирішена за рахунок принципово нової конструкції притискача (рис. 2), яка є більш універсальною, ніж існуючі аналоги.

За рахунок підбору кута нахилу жорсткої опори 1 та пружних властивостей еластичного прошарку 2 конструкція забезпечує розрахунковий розподіл контактного тиску притискування

, (1)

Де

, , ,

близький до оптимального

, (2)

який визначається відносною товщиною заготовки та її зміною в процесі витягування. Пружна металева накладка 3 необхідна для збільшення контактної міцності еластичного прошарку.

Експериментальні дослідження підтвердили, що запропонована конструкція запобігає утворенню гофри при витягуванні як плоских, так і профільних заготовок, причому закон зміни товщини попередньо спрофільованих заготовок суттєвого значення не має.

Однак при аналізі НДС витягування профільованих заготовок зміна схеми притискування унеможливлює при розв'язку диференційного рівняння рівноваги традиційне врахування тертя по фланцю в граничних умовах. Тому в подальшому розв'язок диференційного рівняння рівноваги елементарного об'єму фланця отримано з безпосереднім врахуванням тертя, нерівномірно розподіленим по фланцю, і особливостями взаємодії притискача з похилою частиною заготовки (рис. 3).

Рівняння рівноваги елементарного об'єму фланця заготовки в цьому випадку має вигляд:

(3)

де

( - коефіцієнт Лоде); ; ;

- тангенс кута профільної заготовки;

- коефіцієнт, що враховує тертя та часткове розвантаження небезпечного перерізу за рахунок конічної форми заготовки;

- питомий тиск притискача.

При змінному питомому тиску притискача (1) з переходом металу заготовки у стан пластичності розподіл напружень по фланцю визначиться

, (4)

де .

Після заміни у виразі (4) на (- зовнішній радіус заготовки в процесі витягування, ), залежність може використовуватись для визначення компоненти напружень в небезпечному перетині, викликаної деформацією фланця в окружному напрямку та тертям по фланцю, на протязі усього навантаження. Після сходу фланця заготовки з радіусної кромки матриці складова виразу при дорівнює нулю.

Для визначення можливості інтенсифікації процесу витягування введене поняття резерву міцності небезпечного перетину профільованої заготовки. - це відношення максимальних радіальних напружень на внутрішній межі зони деформації заготовки постійної товщини до таких же напружень, що виникають в початковий момент при витягуванні із профільної заготовки з урахуванням тертя:

, (5)

Де - зусилля притискання фланця плоскої заготовки;

- коефіцієнт витягування.

Залежність дозволяє оціни вплив основних технологічних параметрів процесу (, , ) на резерв міцності та межі їх зміни, при яких можлива інтенсифікація процесу (виконується нерівність ). Показано, що основним негативним фактором, який обмежує зростання резерву міцності та збільшення максимально-допустимої деформації по периметру за рахунок збільшення ступеня попереднього профілювання є сили тертя, вплив яких зростає зі зменшенням відносної товщини заготовки (рис. 4).

Максимальний ефект від попереднього профілювання досягається при таких параметрах заготовки, для яких виконується рівність .

В третьому розділі представлено методику та результати експериментальних досліджень процесу витягування та комбінованого витягування профільованих заготовок.

Дослідження впливу ступеня попереднього профілювання на енергосилові параметри процесів та граничні коефіцієнти витягування проведено на спеціальному стенді, до складу якого входили модернізований гідравлічний прес з регульованим зусиллям притискача, система запису силового режиму та витяжний штамп. Для виключення впливу на витягування інших параметрів процесу, дослідження виконувались при незмінних розмірах інструмента, змащуванні та матеріалі вихідної заготовки. Досліди виконувались на заготовках із сталі 20 різного діаметру з співвідношенням в діапазоні 1,0...0,25. Попереднє профілювання здійснювалось на токарному верстаті. Дослідження деформованого стану заготовок виконано методом координатних сіток.

Результати досліджень підтвердили припущення та теоретичні розрахунки що до зменшення радіальних напружень по фланцю та появу резерву міцності при витягуванні профільних заготовок в порівнянні з заготовками сталої товщини. Це виражається в зменшенні зусилля витягування та відносного потоншення в небезпечному перетині і може бути використано для збільшення ступеня витягування (рис. 5 і 6).

Використання резерву міцності дозволило при витягуванні без примусового потоншення знизити коефіцієнт витягування на 20% і відповідно збільшити відносну глибину виробу на 50%, при комбінованому витягуванні виробів з постійною товщиною стінки на 28% та 65% відповідно. Отримані результати відкривають нові можливості для інтенсифікації процесів виготовлення порожнистих тонкостінних виробів.

Четвертий розділ присвячений розробці математичних моделей витягування та комбінованого витягування (рис 7), що дозволить визначити в небезпечному перетині заготовки, що деформується, розтягуючі напруження , величина яких обмежує максимально допустимі деформації, та енергосилові параметри процесів.

Напруження розраховуються за допомогою аналітичних залежностей, геометричні розміри осередку деформації - із умови сталості об'єму заготовки в процесі моделювання процесів витягування з використанням ЕОМ.

Процеси, що досліджувались, розділені на основні етапи деформування і для кожного етапу в залежності від глибини витягування Н визначені розміри зовнішнього радіуса фланця , кути охоплення заготовкою заокругленої кромки матриці та збігання зовнішнього краю фланця з неї , координати перетину, де відбувається вирівнювання елементів заготовки, товщина заготовки та в характерних перетинах. Для комбінованого витягування додатково визначаються розміри осередку примусового потоншення (, ) з урахуванням профілю вихідної заготовки.

При аналізі процесу витягування без примусового потоншення за основу прийнята модель визначення напружень

, (6)

де - компонента напружень, викликана подоланням опору пластичній деформації заготовки, - подоланням сил тертя між заготовкою, притискачем і матрицею, - додаткові напруження, викликані згином і спрямленням на вході і виході з закругленої кромки матриці. Тертя на закругленій кромці матриці враховується множником .

Застосування для визначення компонент і отриманого розв'язку рівняння рівноваги (4) дозволяє удосконалити модель витягування і робить її універсальною для аналізу витягування профільованих заготовок та заготовок сталої товщини.

Приріст напружень та , викликаних появою моменту внутрішніх сил в місці зміни кривизни на радіусній кромці матриці, визначені з урахуванням зміщення нейтрального шару h (згин з розтягуванням) і перерозподілу радіальних напружень по товщині заготовки в місці згину (спрямлення) . Вони визначаються величиною деформації , яка розраховується як сума радіальної деформації в місці згину (спрямлення) та приросту деформації з врахуванням знаку.

Момент внутрішніх сил

, (7)

приріст напружень, викликаних згином (спрямленням)

, (8)

де - радіус заокругленої кромки матриці, , (рис. 7).

Дослідження напруженого стану при комбінованому витягуванні профільованих заготовок виконано змішаним методом. Аналіз зони II (рис. 7.б), де відбувається примусове потоншення, здійснено шляхом розв'язку рівняння балансу робіт зовнішніх і внутрішніх сил з використанням граничної умови, що на верхній межі зони діють розтягуючі напруження , викликані деформацією фланця заготовки. Для їх визначення застосовано модель витягування профільованих заготовок, що дозволяє узагальнити модель комбінованого витягування і розширити область її застосування.

При цьому напруження в небезпечному перетині визначаються залежністю

, (9)

Де , - коефіцієнти тертя в зоні контакту заготовки з матрицею і пуансоном відповідно;

- коефіцієнт потоншення, ( залежить від профілю вихідної заготовки);

- істинне напруження течії у зоні примусового потоншення, визначається за допомогою степеневої апроксимації кривої зміцнення.

На основі отриманих моделей розроблено алгоритми та програмні засоби, які дозволяють під час комп'ютерного моделювання визначити основні технологічні параметри процесів. На рис. 5.в представлені теоретичні “Р-Н”- діаграми витягування плоских та профільованих заготовок без примусового потоншення, на рис. 6.в - комбінованого витягування. В усіх розрахунках спостерігається якісна і кількісна відповідність експериментальних та розрахункових кривих, що свідчить про те, що отримані моделі задовільно описують усі особливості реального процесу.

Похибка теоретично визначених параметрів процесу витягування та комбінованого витягування попередньо спрофільованих заготовок та встановлених експериментально не перевищує 10...15%.

В пятому розділі на основі проведених теоретичних та експериментальних досліджень розроблено загальні рекомендації по раціональному проектуванню технологічних процесів витягування та комбінованого витягування вісесиметричних виробів з попередньо спрофільованих заготовок. Рекомендації враховують особливості цих процесів при виборі форми профільованої заготовки, закону зміни її товщини та співвідношення для забезпечення максимального ефекту від попереднього профілювання.

Для випадку витягування з використанням притискача розглянуто питання, пов'язані з вибором його конструктивних параметрів для забезпечення необхідного розподілу тиску по фланцю заготовки та визначенням зусилля притискання.

Для попередньої оцінки можливості інтенсифікації процесів витягування без примусового потоншення за рахунок заміни заготовки сталої товщини на профільовану розроблено програмні засоби, що дозволяють без комп'ютерного моделювання процесу для заданого співвідношення визначити граничні коефіцієнти витягування або при незмінному коефіцієнті витягування визначити мінімально допустиме співвідношення із умови, що резерв міцності небезпечного перетину профільованої заготовки . Похибка при розрахунку граничних коефіцієнтів витягування у порівнянні з експериментально отриманими не перевищила 5%.

Результати роботи використані при розробці технологічних процесів виробництва гільз артилерійського та стрілецького озброєння та виготовленні дослідних партій сталевого піддонну для боєприпасів калібру 152 мм і гільз калібру 12,7 мм. Дослідні зразки успішно пройшли випробування на відповідність технічним умовам, що пред'являються до цих виробів.

Загальні висновки

У дисертації наведене нове вирішення важливої науково-прикладної задачі розробки та обґрунтування методу інтенсифікації витягування порожнистих тонкостінних виробів, що використовує можливість керування процесом за рахунок зміни товщини вихідної заготовки вздовж радіуса попереднім профілюванням.

Розв'язано задачу забезпечення стійкості фланця при витягуванні профільованих заготовок з відносною товщиною . Встановлено оптимальний закон розподілу тиску притискання по фланцю, який визначається зміною відносної товщини периферійної частини фланця заготовки в процесі деформування. Для реалізації необхідного розподілу тиску розроблена оригінальна конструкція притискача, яка дозволяє відслідковувати форму профільованої заготовки та зміну розмірів осередку деформації в процесі витягування.

Особливості умов притискання фланця при витягуванні профільованих заготовок враховано при розв'язку диференціального рівняння рівноваги елементарного об'єму фланця. Отриманий розв'язок вперше окрім геометрії заготовки враховує вплив сил тертя, нерівномірно розподілених по фланцю, та характер взаємодії заготовки з притискачем. Запропоновано в якості критерію оцінки можливості інтенсифікації витягування використовувати співвідношення розтягуючих напружень в небезпечному перетині у початковий момент витягування плоскої заготовки до аналогічних напружень при витягуванні профільованої заготовки. Співвідношення представляє собою резерв міцності небезпечного перетину, який може бути використаний для збільшення ступеня деформації заготовки в процесі витягування.

Проведено комплекс експериментальних досліджень по витягуванню та комбінованому витягуванню спрофільованих заготовок. Підтверджено появу резерву міцності при витягуванні профільованих заготовок в наслідок зменшення розтягуючих напружень в небезпечному перетині. За рахунок використання резерву і вибору раціональної форми профільованої заготовки при витягуванні виробів зі змінною товщиною стінки та коефіцієнтом тонкостінності = 4...5 із низьковуглецевих сталей вдалось зменшити граничні коефіцієнти витягування при витягуванні без потоншення на 20 %, при комбінованому витягуванні - на 35%; при комбінованому витягуванні дослідних зразків зі сталою товщиною стінки та коефіцієнтом потоншення - на 28%.

На основі отриманого розв'язку диференційного рівняння рівноваги удосконалено математичну модель витягування без примусового потоншення. Модель враховує як деформаційне зміцнення і геометрію профільованої заготовки, так і особливості взаємодії елементів штампа з осередком деформації і може бути використана для аналізу витягування як плоских, так і профільованих заготовок, товщина яких змінюється за лінійним законом. На основі удосконаленої моделі витягування узагальнено математичну модель комбінованого витягування вісесиметричних виробів, яка при розрахунку напружень дозволяє врахувати зміну розмірів осередку примусового потоншення, обумовлену профілем заготовки в порівнянні з витягуванням заготовок сталої товщини.

Отримані моделі покладено в основу програмних засобів, які при моделюванні витягування та комбінованого витягування дозволяють проводити технологічні розрахунки впродовж усього процесу (побудувати “Р-Н”- діаграму). Порівняння результатів експериментальних та теоретичних досліджень показало задовільну їх кореляцію, що свідчить про те, що отримані моделі задовільно описують усі особливості реального процесу.

На основі проведених теоретичних та експериментальних досліджень розроблено загальні рекомендації по розрахунку основних параметрів та проектуванню технологічних процесів витягування та комбінованого витягування із попередньо спрофільованих заготовок. Результати роботи у вигляді програмних продуктів, конкретних технічних рішень і практичних рекомендацій використані при розробці технологічних процесів виготовлення сталевого піддонну гарматного боєзаряду (замовник Державне підприємство “Конструкторсько-технологічний центр верстатобудування”, м. Київ) та гільз артилерійського та стрілецького озброєння нового покоління (замовник Державний науково-дослідний інститут хімічних продуктів, м. Шостка). За допомогою розроблених технологій вперше в Україні виготовлені дослідні партії сталевого піддонну для боєприпасів калібру 152 мм та гільз калібру 12,7 мм.

Основні положення дисертації викладені у роботах

Орлюк М.В. Експериментальні дослідження комбінованого витягування попередньо спрофільованих заготовок. // Вестник национального технического университета Украины “Киевский политехнический институт”. 2002. № 43. C. 49 - 51.

Стеблюк В.И., Орлюк М.В. Возможности интенсификации первой операции вытяжки из профильной заготовки // Праці Міжнародної науково-технічної конференції “Прогресивна техніка і технологія машинобудування, приладобудування і зварювального виробництва”. К.: НТУУ “КПІ”. 1998. C. 367 - 372. (Здобувачем виконано розрахунок та аналіз НДС при витягуванні попередньо спрофільованих заготовок, товщина яких змінюється за лінійним законом).

Стеблюк В.И., Орлюк М.В. Напряженно-деформированное состояние и возможности интенсификации первой операции вытяжки из профильной заготовки // Вестник НТУУ “КПИ” “Машиностроение”. К.: НТУУ “КПИ”. 1998. Вып. 33. C. 365 - 380. (Здобувачем доопрацьовано математичну модель витягування попередньо спрофільованої заготовки з лінійною зміною товщини).

Стеблюк В.И., Орлюк М.В. Особливості напружено-деформованого стану при витягуванні порожнистих виробів із попередньо спрофільованих заготовок // Вестник Харьковского государственного политехнического университета “Обработка металлов давлением”. - Харьков: ХГПУ. 1999. №76. C. 46 - 50. (Здобувачем доопрацьовано математичну модель витягування профільної заготовки з урахуванням впливу змінних сил тертя, розподілених по фланцю заготовки).

Стеблюк В.И., Орлюк М.В., Рамадан А.М., Пономаренко М.С. Экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния при вытяжке из профильной заготовки // Удосконалення процесів та обладнання обробки тиском у металургії і машинобудуванні. Зб. наук. пр. - Краматорськ: ДДМА. 2000. C. 95 - 98. (Здобувачем розроблено методику та проведено експериментальні дослідження НДС при витягуванні профільних заготовок).

Стеблюк В.И., Орлюк М.В., Полищук В.А. Особенности напряженно-деформированного состояния при вытяжке полых изделий из предварительно спрофилированных заготовок // Кузнечно-штамповочное производство “Обработка металлов давлением”. 2000. № 8. с. 7 _ 10. (Здобувачем проведено експериментальні дослідження витягування та комбінованого витягування профільних заготовок із застосуванням нових технологічних мастил).

Стеблюк В.И., Орлюк М.В., Холявик О.В. Напряжения растяжения при комбинированной вытяжке из предварительно спрофилированной заготовки. // Технологические системы. 2002. № 2 (13). C. 54 - 55. (Здобувачем запропонована методика розрахунку напружень в небезпечному перетині при витягуванні профільних заготовок).

Стеблюк В.І., Орлюк М.В., Литвиненко П.Л. Особливості складкоутворення та його запобігання при витягуванні з попередньо спрофільованих заготовок // Удосконалення процесів та обладнання обробки тиском у металургії і машинобудуванні: Зб. наук. пр. Краматорськ - Хмельницький: ДДМА. 2002. C. 52 - 54. (Здобувачем запропоновано спосіб боротьби з втратою стійкості фланця профільної заготовки при витягуванні).

Стеблюк В.І., Калюжний В.Л., Орлюк М.В., Калюжний О.В. Розрахунковий аналіз холодного видавлювання заготовок для витяжки. // Металлургическая и горнорудная промышленность. 2002. № 8 - 9. C. 462 - 467. (Здобувачем виконано експериментальні дослідження попереднього профілювання заготовок методом холодного видавлювання).

Спосіб одержання порожнистих циліндричних виробів із змінною товщиною стінки: Пат. 36907 А. Україна, МПК 7 В21D3500В.І. Стеблюк, М.В. Орлюк, І.І. Хоменко. № 2000021037: Заявл. 22.02.2000; Опубл. 16.04.2001, Бюл. №3. 4с. іл. (Здобувачем розроблена конструкція експериментального оснащення та виконано експериментальну перевірку запропонованого способу).

Орлюк М.В., Зозовський Є.В. Вдосконалення технології виготовлення порожнистих виробів з складним профілем стінок та дна. // Тези доповідей наук. конф. молодих вчених “Машинобудівник-96(2)”. Київ: ОНТИиПД. 1996. C. 19 - 20. (Здобувачем запропоновані рекомендації щодо раціональної форми профільної заготовки для витягування, проведені натурні випробування).

Орлюк М.В., Ревенко В.В. Дослідження комбінованого витягування. // Тези доповідей наук.-технічної конф. студентів і молодих вчених “Машинобудівник-2000”. Київ: ОНТИиПД. 2000. C. 33. (Здобувачем виконано аналіз існуючих методів формоутворення порожнистих виробів зі складним профілем стінок і дна).

Анотація

Орлюк М.В. Інтенсифікація витягування порожнистих тонкостінних виробів з використанням профільованих заготовок. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.03.05 - Процеси і машини обробки тиском. - Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”, Київ, 2006 р.

Дисертація присвячена удосконаленню технологічних процесів витягування порожнистих тонкостінних виробів за рахунок використання попередньо спрофільованих заготовок.

Одержано аналітичну умову для визначення можливості інтенсифікації виготовлення порожнистих тонкостінних виробів витягуванням профільованих заготовок. Удосконалено математичну модель процесу витягування тонкостінних порожнистих виробів з попередньо спрофільованих заготовок, товщина яких змінюється за лінійним законом. Узагальнено математичну модель процесу комбінованого витягування спрофільованих заготовок, яка враховує зміну розмірів осередку примусового потоншення в наслідок змінної товщини вихідної заготовки.

Проведені експериментальні та теоретичні дослідження підтвердили можливість інтенсифікації виготовлення тонкостінних порожнистих виробів витягуванням та комбінованим витягуванням попередньо спрофільованих заготовок і показали задовільну кореляцію між собою результатів, отриманих експериментально (граничні коефіцієнти витягування, “Р-Н”- діаграми) та розрахованих за допомогою програмних засобів, розроблених на основі відповідних моделей.

Результати дисертаційної роботи були використані при проектуванні технологічних процесів та виготовленні установчих партій зразків сталевого піддонну гарматного боєзаряду та гільз артилерійського та стрілецького озброєння нового покоління. Дослідні зразки сталевого піддонну для боєприпасів калібру 152 мм та гільз калібру 12,7 мм виготовлені в Україні вперше.

Ключові слова: тонкостінний циліндр, інтенсифікація, профільована заготовка, витягування, комбіноване витягування, математичне моделювання.

Аннотация

Орлюк М.В. Интенсификация вытяжки полых тонкостенных изделий с использованием профилированных заготовок. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.03.05 - Процессы и машины обработки давлением. - Национальный технический университет Украины “Киевский политехнический институт”, Киев, 2006 г.

Диссертация посвящена усовершенствованию технологических процессов вытяжки полых тонкостенных изделий за счет использования предварительно спрофилированных заготовок с изменяющейся толщиной вдоль радиуса, что позволяет интенсифицировать формоизменяющие процессы.

Исследованы особенности вытяжки профилированных заготовок с линейно изменяющейся толщиной фланца. Решена задача предотвращения потери устойчивости фланца в процессе вытяжки. Установлен оптимальный закон распределения давления прижима, при котором не образуются гофры. Необходимое распределение определяется изменением относительной толщины внешнего края профилированной заготовки в процессе деформирования и обеспечивается с помощью прижима оригинальной конструкции.

Отличительные особенности условий деформирования и прижима при вытяжке профилированных заготовок учтены при решении дифференциального уравнения равновесия элементарного объема фланца. Полученное решение впервые кроме геометрии заготовки учитывает влияние сил трения, неравномерно распределенных по фланцу и характер взаимодействия заготовки с прижимом. Получено аналитическое условие для оценки возможности интенсификации изготовления полых тонкостенных изделий вытяжкой профилированных заготовок.

Экспериментально подтверждено появление резерва прочности при вытяжке профилированных заготовок в следствие уменьшения растягивающих напряжений в опасном сечении. Использование резерва прочности и выбор рациональной формы профилированной заготовки при вытяжке изделий с изменяющейся толщиной стенки и коэффициентом тонкостенности (отношение толщины дна изделия к минимальной толщине стенки) = 4...5 из низкоуглеродистых сталей удалось уменьшить предельные коэффициенты вытяжки при вытяжке без утонения на 20 %, при комбинированной вытяжке - на 35%; при комбинированной вытяжке образцов с постоянной толщиной стенки и коэффициентом утонения - на 28%.

Усовершенствована математическая модель вытяжки без принудительного утонения. Модель учитывает как деформационное упрочнение и геометрию профилированной заготовки, так и особенности взаимодействия элементов штампа с очагом деформации. Обобщена математическая модель комбинированной вытяжки осесимметричных изделий, которая при расчете напряжений позволяет учесть изменение размеров очага принудительного утончения, обусловленную профилем заготовки.

Полученные модели положены в основу программных средств, которые при моделировании вытяжки и комбинированной вытяжки позволяют осуществлять необходимые технологические расчеты в течение всего процесса (построить “Р-Н”- диаграмму). Сравнение результатов экспериментальных и теоретических исследований показало их удовлетворительную корреляцию.

На основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработаны общие рекомендации по расчету основных параметров и проектированию технологических процессов вытяжки и комбинированной вытяжки из предварительно профилированных заготовок. Результаты работы в виде программных продуктов, конкретных технических решений и практических рекомендаций использованные при разработке технологических процессов изготовления стального поддонна пушечного боезаряда (заказчик Государственное предприятие “Конструкторско-технологический центр станкостроение”, г. Киев) и гильз артиллерийского и стрелкового вооружения нового поколения (заказчик Государственный научно-исследовательский институт химических продуктов, г. Шостка).

Ключевые слова: тонкостенный цилиндр, интенсификация, профилированная заготовка, вытяжка, комбинированная вытяжка, математическое моделирование.

Annotation

Orlyuk M.V. Drawing intesification of hollow thin-walled item using profiled work parts. - Manuscript.

Thesis for candidate's degree in speciality 05.03.05 - Plastic metal working processes and machines. - National Technical University of Ukraine “Kyiv Polytechnic Institute”, Kyiv, 2006.

The thesis is devoted to improvement of manufacturing processes of hollow thin-walled items drawing by using preliminarily profiled work parts.

An analytic condition for possibility identification of intensification of hollow thin-walled items manufacturing by drawing of profiled work parts has been obtained. A mathematical model of drawing process of thin-walled hollow items from preliminarily profiled work parts, which thickness changes according linear law, has been developed. A mathematical model of the combined drawing process of profiled work parts that takes into account a change in size of coercive thinning centre as a result of variable thickness of initial work part has been improved.

Experimental and theoretical researches carried out have proved the possibility of intensification of thin-walled hollow items manufacturing by drawing and combined drawing of preliminarily profiled work parts. They have shown satisfying correlation of results obtained through experiments (limiting drawing coefficients, “P-H”-diagrams) and calculated with program means, developed on the basis of appropriate models.

The results of dissertation were applied in manufacturing process design and manufacturing of experimental specimen batches of steel tray of gun charge and barrels of artillery and rifle armament of a new generation. The prototypes of steel tray and ammunition with 152 mm calibre and barrels with 12,7 mm calibre were manufactured in Ukraine for the fist time.

Key words: thin-walled cylinder, intensification, profiled work part, drawing, combined drawing, mathematical modeling.

Размещено на Allbest.ru

...