Холодне формування заготовок з мінімальними радіусами кривизни з важкодеформівних листових матеріалів

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вінницький національний технічний університет

УДК 621.774; 621.98

ХОЛОДНЕ ФОРМУВАННЯ ЗАГОТОВОК З МІНІМАЛЬНИМИ РАДІУСАМИ КРИВИЗНИ З ВАЖКОДЕФОРМІВНИХ ЛИСТОВИХ МАТЕРІАЛІВ

Спеціальність 05.03.05 - процеси та машини обробки тиском

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Савуляк Віктор Валерійович

Вінниця - 2006

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Вінницькому національному технічному університеті, Міністерство освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Сивак Іван Онуфрійович, Вінницький національний технічний університет, завідувач кафедри технології та автоматизації машинобудування.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Шамарін Юрій Євгенович, Державне науково-дослідне об'єднання “Славутич”, м. Київ, генеральний директор.

кандидат технічних наук, доцент Калюжний Володимир Леонідович, Національний технічний університет України „Київський політехнічний інститут”, доцент кафедри механіки пластичності та ресурсозберігаючих процесів.

Провідна установа: Східноукраїнський національний університет ім. Володимира Даля, кафедра “Обладнання для обробки металів тиском”, Міністерство освіти і науки України, м. Луганськ.

Захист відбудеться " 28 " лютого 2007 р. о 14⁰⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 05.052.03 у Вінницькому національному технічному університеті за адресою: 21021, м. Вінниця, Хмельницьке шосе, 95, ГНК

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Вінницького національного технічного університету (21021, м. Вінниця, Хмельницьке шосе, 95, ГНК).

Автореферат розісланий " 25 " січня 2007 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Дерібо О.В.



АНОТАЦІЯ

Савуляк В. В.. Холодне формування заготовок з мінімальними радіусами кривизни з важкодеформівних листових матеріалів. -Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.03.05 - процеси та машини обробки тиском. - Вінницький національний технічний університет, Вінниця. 2007.

Дисертацію присвячено науковій задачі дослідження особливостей формоутворення гофрованих заготовок з малими радіусами кривизни поверхонь із важкодеформівних тонколистових матеріалів способами холодного пластичного деформування і розробці рекомендацій з вибору параметрів технологічних режимів.

У роботі на основі аналізу відомих способів холодної пластичної обробки листових матеріалів запропоновано ряд технічних рішень виготовлення гофрованих поверхонь накаткою роликом, штампуванням з гідростатичним підпором, згинанням на спеціальному штампі. Для запропонованих технічних рішень розроблені та досліджені математичні моделі напружено-деформованого стану на базі рівнянь рівноваги та умов пластичності. Запропоновано методи і методики визначення граничних деформацій листових матеріалів. Запропоновано метод визначення та отримано рівняння регресії відновлення використаного ресурсу пластичності в залежності від температури рекристалізаційного відпалу, часу відпалу і величини попередньої деформації для тонколистового матеріалу зі змінним по товщині листа ступенем деформації.

Ключові слова: напруження, деформації, пластичність, відпал, граничне формоутворення, гофроутворення.



АННОТАЦИЯ

Савуляк В. В.. Холодное формирование заготовок с минимальными радиусами кривизны из труднодеформируемых листовых материалов. - Рукопись. пластичний деформування гофрований формоутворення

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.03.05 - процессы и машины обработки давлением. - Винницкий национальный технический университет, Винница. 2007.

Диссертация посвящена научной задаче исследования особенностей формообразования гофрированных заготовок с малыми радиусами кривизны поверхностей из малопластичных тонколистовых материалов способами холодного пластического деформирования и разработке рекомендаций по выбору параметров технологического процесса.

В работе на основе анализа известных способов холодной пластической обработки листовых материалов предложен ряд технических решений изготовления гофрированных заготовок накаткой роликом, штамповкой с гидростатическим подпором, изгибом в специальном штампе. Для предложеных технических решений разработаны математические модели напряженно-деформированного состояния на базе уравнений равновесия и условий пластичности.

Разработан метод определения предельных сдвиговых деформаций листовых материалов на основе испытаний специальных образцов на растяжение, что дало возможность адекватно оценивать возможности разных способов пластического деформирования.

С использованием феноменологических критериев деформируемости проведена оценка деформируемости тонколистовой заготовки, получены оценки влияния параметров технологического процесса на использованный ресурс пластичности для сталей 45 и У8А, что позволило определить параметры технологического процесса и предложить конструкцию штамповой и прокатной оснастки.

Для случаев недостаточной пластичности материала предложено восстановление использованого ресурса пластичности рекристаллизационным отжигом. Определение величины восстановления использованного ресурса пластичности листового материала с переменной по толщине степенью деформации производилось по разработанной в диссертации методике. Для стали У8А получена регрессионная зависимость величины восстановления использованного ресурса пластичности от температуры отжига, времени отжига и радиуса кривизны предварительно сдеформированной заготовки с переменной по толщине листа степенью деформации.

Рекомендации по изготовлению из труднодеформируемых тонколистовых материалов гофрированных заготовок с малыми радиусами кривизны поверхностей предложены для внедрения в открытом акционерном обществе “Винницкий инструментальный завод”.

Ключевые слова: напряжения, деформации, пластичность, отжиг, предельное формообразование, гофрообразование.



ABSTRACT

Savulyak V. V.. Cold forming workpieces with minimal curvature radii from hard-deformable sheet materials. Manuscript.

Dissertation to obtain the Scientific Degree of the Candidate of Technical Sciences (Ph. D. in Technical Sciences) in the speciality 05.03.05 - Processes and Machinery of Pressure Treatment. - Vinnytsia National Technical University, Vinnytsia. 2007.

The thesis deals with scientific problem of studying the pecularities of forming corrugated workpieces with small curvature radii of surfaces from low-plasticity sheet materials by means of cold plastic deformation. Recommendations on the choise of technological processes parameters have been also worked out.

On the basis of the analysis of the known methods for cold plastic forming of sheet materials, a number of technical solutions is proposed for obtaining corrugated surfaces by means of rolling, stamping with hydrostatic kift, bending on special stamp. For the proposed technical solutions mathematical models of the strained state have been developed and solved on the basis of balance equations and plasticity conditions. Methods and procedures are proposed for the identification of sheet materials limit deformation. Identefication method is presented and the regression equation has been obtained of recovering the utilized plasticity resource depending on the annealing temperature, annealing time and the prior deformation value for sheet materials with variable width deformation degree.

Key-words: strain, deformation, plasticity, annealing, limit forming, corrugation.



ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Підвищення конкурентоспроможності машин в умовах ринкової економіки вимагає особливої уваги до проблем підвищення їх надійності та довговічності, зменшення собівартості. Використання гофрованих листових деталей для створення легких конструкцій високої жорсткості або в якості функціональних елементів машин (наприклад, бурякорізальних ножів) дозволяє досягнути прогресу у вирішенні цих проблем.

Виготовлення профільованих заготовок, в тому числі і гофрованих, із важкодеформівних матеріалів методами обробки металів тиском стримується, в основному, браком, який виникає внаслідок локального руйнування матеріалу. Тому на виробництві, наприклад, для виготовлення бурякорізальних ножів переважно використовують обробку різанням.

На даний момент практично відсутні достатньо точні методи розв'язання задач пластичного формоутворення гофрованих заготовок із важкодеформівних тонколистових сталей, конструкція яких вимагає значної локалізації деформації.

На практиці процеси листового штампування розробляються переважно на основі експериментальних досліджень, які можуть відрізнятися від реального процесу. Експериментальний підхід до побудови технологічних процесів зумовлений тим, що властивості заготовок з листових матеріалів в процесі виготовлення залежать від геометричних параметрів заготовки, схеми навантаження, пластичності металу тощо. Актуальною є проблема розробки та подальшого вдосконалення експериментальних методів побудови кривих течії, діаграм пластичності, поверхонь граничних деформацій, вид яких визначався б тільки матеріалом листа, та подальшого розвитку на цій основі математичних моделей процесів пластичної формозміни листових заготовок. Отримані математичні моделі можуть слугувати базою для автоматизації й оптимізації розрахунків та проектування.

Необхідно також відзначити, що створення більш досконалих і точних методів досліджень пластичності листових матеріалів та розробка нових технологічних процесів профілювання листа є актуальною науково-технічною задачею.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Тема дисертаційної роботи відповідає пріоритетним напрямкам розвитку науки і техніки на період до 2006 року, які визначені в Законі України від 11.07.2001 р. за №2623-ІІІ “Про пріоритетні напрямки науки і техніки”; науковому напрямку “Розвиток феноменологічної теорії руйнування матеріалів при великих пластичних деформаціях та розробка на цій основі нових та удосконалення існуючих технологій обробки металів тиском” наукової школи Вінницького національного технічного університету (ВНТУ). Дослідження проводились у відповідності до договору про творчу співдружність між ВНТУ та ВАТ „Вінницький інструментальний завод” № 12/43 (автор був відповідальним виконавцем) і тематичного плану науково-дослідних робіт ВНТУ, затвердженого Міністерством освіти і науки України 22.03.2002 р. та 15.11.2005 р., номера державної реєстрації тем 0102U002270 і 0105U002422 (автор брав участь у цих роботах).

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є зменшення собівартості виготовлення гофрованих деталей з мінімальними радіусами кривизни із важкодеформівних матеріалів за рахунок розробки технології формоутворення поверхонь способами холодного пластичного деформування та розробка рекомендацій для практичної реалізації технологічних процесів.

Для досягнення поставленої мети визначені та вирішені такі задачі:

1) розробити теоретичні основи вибору кількості переходів, операцій та параметрів технології виготовлення гофрованих виробів малих радіусів кривизни і кутів загострення внутрішньої поверхні з тонколистового важкодеформівного матеріалу;

2) вдосконалити експериментальні методи визначення граничних деформацій для листових матеріалів;

3) розробити та дослідити математичні моделі напружено-деформованого стану тонколистового матеріалу в небезпечній зоні під час формоутворення гофрів з мінімальними радіусами кривизни;

4) оцінити вплив параметрів процесу гофроутворення на величину використаного ресурсу пластичності.

5) визначити вплив параметрів рекристалізаційного відпалу на величину відновлення ресурсу пластичності заготовок;

6) розробити робочі схеми та конструкції оснащення для реалізації технологічного процесу гофроутворення;

Об'єкт дослідження процеси холодного пластичного деформування металів.

Предмет дослідження закономірності холодного пластичного формування гофрованих заготовок з тонколистових важкодеформівних сталей та визначення на їх основі параметрів технологічного процесу гофроутворення.

Методи дослідження. Теоретичні дослідження пластичності основані на законах і методах механіки суцільного середовища, математичної та прикладної теорії пластичності. Експериментальні дослідження проводились в лабораторних умовах із застосуванням сучасних приладів, спеціально розроблених пристроїв та стандартного обладнання. Обробка експериментальних даних проводилась на обчислювальних машинах з використанням методів математичної статистики.

Наукова новизна одержаних результатів. Наукову новизну складають такі результати роботи:

1. Вперше розроблено метод визначення напружено-деформованого стану для процесів виготовлення гофри на основі розв'язку краєвої задачі теорії пластичності для плоского напруженого стану.

2. Отримав подальший розвиток метод визначення граничних деформацій листових сталевих матеріалів, що дало змогу підвищити точність розрахунків використаного ресурсу пластичності та адекватно оцінити можливості застосування різних способів пластичного деформування для виготовлення гофрованих поверхонь із заданою геометрією.

3. Вперше розроблено метод визначення структури технологічного процесу гофроутворення та основних параметрів технологічних переходів.

Практичне значення отриманих результатів:

Розроблено геометрію зразка для визначення граничних деформацій листового матеріалу.

Побудовано поверхню граничних деформацій для сталі У8А.

Розроблено технологічний процес виготовлення гофрованих заготовок із важкодеформівних матеріалів, які використовуються для виготовлення бурякорізальних ножів.

Визначено залежність використаного ресурсу пластичності листової заготовки від параметрів технологічного процесу.

5. Результати і рекомендації, отримані в роботі, використані під час розробки технології виготовлення заготовок бурякорізальних ножів холодним прокатуванням з наступним рекристалізаційним відпалом і остаточною формозміною штампуванням на ВАТ „Вінницький інструментальний завод”.

6. Основні результати роботи використані в навчальних курсах „Проектування та виготовлення заготовок” та „Основи моделювання технологічних процесів” ВНТУ.

Особистий внесок здобувача. Основні результати досліджень отримані автором самостійно.

В працях, що опубліковані в співавторстві, автору належать: розроблено алгоритми та програми автоматизованої розробки плану досліджень та виконано їх комп'ютерну реалізацію [3]; математична модель деформування матеріалу при формоутворенні гофрів згином та розв'язано відповідну краєву задачу [4]; запропоновано схему виготовлення гофрованих заготовок накаткою роликом та проведено аналіз результатів розрахунків [5]; побудовано і досліджено математичну модель штампування гофрованих заготовок з використанням гідростатичного підпору та проведено аналіз результатів розрахунків [6]; проведена оцінка параметрів поля напружень та їх впливу на включення анізотропного матеріалу [8]; розроблено алгоритм та програмне забезпечення для аналізу отриманих експериментальних даних [9]; запропоновано принципову схему штампу для виготовлення гофрованої стрічки без витягування листової заготовки в процесі деформації [13]; запропоновано формувати кріпильну частину бурякорізального ножа в удароміцний матеріал [14]; запропоновано вдосконалений профіль бурякорізального ножа [15].

Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи доповідались на таких конференціях: Міжнародні науково-технічні конференції "Удосконалення процесів і обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні" (м. Краматорськ, 2003, 2004, 2005, 2006р.); Congres International de Stiinta si Ingeneria Materialelor (м. Яси, Румунія, 2002р.); Науково-технічні конференції ВНТУ (м. Вінниця, 2001-2006р.р.), Міжнародна науково-технічна конференція “Застосування теорії пластичності в сучасних технологіях обробки і автотехнічних експертизах” (м. Вінниця, 2006р.).

Публікації. Результати дисертаційної роботи опубліковано в 15 роботах, з них: 6 статей у фахових наукових виданнях, 1 стаття у міжнародному збірнику наукових праць, 3 патенти України на винахід і 5 тез конференцій.

Обсяг і структура дисертаційної роботи. Робота складається із вступу, 4 розділів, висновків, списку використаних джерел, який налічує 132 найменування, 7 додатків на 30 сторінках. Повний обсяг дисертації становить 167 сторінок (з них 137 сторінок основної частини, 50 рисунків, 8 таблиць).



ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі подано загальну характеристику роботи, обґрунтовано актуальність теми, визначено мету та задачі дослідження, викладено наукову новизну та практичне значення отриманих результатів.

У першому розділі висвітлено сучасний стан досліджуваної проблеми, показано її актуальність та наведено результати огляду літературних джерел. Проведений аналіз відомих методів отримання пластичним деформуванням виробів з листового прокату, здійснено аналіз існуючих конструкцій пристроїв та їх практичного застосування. Дослідженнями в напрямку підвищення жорсткості виробів і зменшення їх металоємкості за рахунок створення складного профілю, процесами і обладнанням для їх виготовлення займались Ю.А.Аверкієв, І.П.Ренне, В.А.Огородніков, Є.М.Мошнін, В.І.Стеблюк, І.С.Тришевський, О.І.Тришевський, В.Н.Чачин, Ю.Є.Шамарін та інші.

Розглянуті відомі методи аналізу напружено-деформованого стану в процесах обробки металів тиском та можливість їх застосування для розв'язання поставлених задач.

Проведено аналіз критеріїв деформуємості Деля-Огороднікова, Деля та Михалєвича-Мішуліна з точки зору можливості їх використання для оцінювання процесів пластичної формозміни листових матеріалів.

У другому розділі проведено аналіз кінематики і напружено-деформованого стану в процесі утворення гофрів з тонколистового матеріалу. У випадку виготовлення складнопрофільованих поверхонь штампуванням схема дії сил на листову заготовку.

В кожній з точок А₁, А₂, А₃, ...A_n-1, А_n крім реакцій R₁, R₂, R₃, ...R_n-1, R_n виникають відповідні сили тертя.

Аналіз переміщення матриці і пуансона під час штампування показав, що довжина ділянки (i=1,2,3…) в процесі деформування збільшується порівняно з відстанню між відповідними сусідніми точками -. Формозміна в процесі деформування може відбуватись за схемами: 1) під час збільшення довжини лист проковзує між матрицею та пуансоном в напрямку до центра штампу (в ідеальному випадку точка ) без витягування; 2) деформація відбувається тільки за рахунок витягування кожної окремої гофри; 3) одночасно відбувається проковзування матеріалу разом з деяким місцевим витягуванням.

Умова проковзування листа без видовження відносно деякої точки т де Е_ковз - робота, яка б виконалась під час розтягу листа за відсутності ковзання; Е_деф - робота, яка виконується під час згинання-розгинання ділянок листа в інтервалі Е_тер - робота сил тертя в інтервалі .

Якщо через точку в напрямку перемістилась ділянка довжиною , то сумарна робота сил тертя.

Також можна записати де ; Е_пит - робота пластичної деформації на згинання ділянки листа одиничної довжини до радіуса кривизни внутрішньої поверхні r.

Робота деформації розтягу листа обраховується за формулою де робота, яка виконується при пластичному розтягу ділянки листа одиничної довжини з постійними значеннями ширини і товщини.

Коли умова (5) перестає виконуватись - розпочинається етап деформації листа з його частковим проковзуванням.

Нехай довжина відрізка дорівнює L, довжина лінії , величина розтягу листа на відрізку , величина проковзування листа на відрізку , тоді з умови (6) та рівності переміщень і довжини листа запишемо де коефіцієнт Баушингера.

З розв'язку системи (7) отримуємо середню величину деформації листа між точками .

Для зменшення сил тертя і підвищення рівномірності розподілення тиску на лист запропоновано використовувати штампування еластичним середовищем. Такий процес дозволяє більш раціонально використати пластичність металу. Незважаючи на зменшення сил тертя між листом та пуансоном, порівняно з штампуванням на пресах, енергія, яка витрачається на подолання сил тертя, залишається значною і може бути розрахована за формулою k=2,4,6… де р₁ - тиск еластичного середовища; В - ширина стрічки вздовж гофри; f₁ - коефіцієнт тертя між листом та еластичним середовищем.

В процесі застосування технології одночасного прокатування всіх гофрів відбувається повне защемлення листа в зоні контакту валок-лист-валок. Тому формоутворення відбувається зі значним видовженням листової заготовки. Така схема формоутворення призводить до більшого використання ресурсу пластичності, що обмежує технологічні можливості процесу.

Значно менше використовується ресурс пластичності матеріалу під час почергового формування гофрів з використанням процесу гнуття заготовки, оскільки метал має можливість вільно переміщуватись до зони деформації і практично відсутнє витягування листа.

У випадку чистого згину напружено-деформований стан буде описуватись відповідною системою рівнянь рівноваги в циліндричних координатах і умовою пластичності Треска-Сен-Венана.

Якщо під час згинання листа на зовнішню поверхню діють контактні напруження стиску _к або тиск гідростатичного підпору р, то радіус кривизни нейтральної поверхні збільшується. Дослідження впливу гідростатичного тиску на пластичність металів виконані в роботах П.Бріджмена, В.Л. Калюжного, А.А. Костави, В.А. Огороднікова та ін.

Процес штампування з гідростатичним підпором дозволяє підвищити ступінь деформації, яку можна отримати за один перехід. Недоліком цього способу є менша, у порівнянні з прокаткою, продуктивність, але зменшується показник напруженого стану , що дозволяє збільшити величину граничних деформацій листа.

Для розв'яння задачі чистого згину прийнято гіпотезу про єдиність кривої текучості та її незалежність від напруженого стану. В процесі використання тиску підпору та з урахуванням граничних умов (=р при =R і =r) спільний розв'язок має вид: де А, n - константи матеріалу, які входять до рівняння апроксимації кривої зміцнення; R, r - радіуси кривизни внутрішньої та зовнішньої поверхонь, відповідно; - радіальна координата деякої точки; _н - радіус кривизни нейтральної поверхні.

Математична модель процесу штампування з гідростатичним підпором враховує також умову рівноваги елементарного об'єму де - середнє тангенціальне напруження; інст - напруження на поверхні контакту з інструментом; s - товщина листа; - кут виділеної ділянки листа.

Приймали, що інтенсивність напружень _и та радіальні напруження змінюються по товщині листа лінійно.

В результаті перетворень (9) та рівнянь рівноваги при чистому коловому згині отримано систему рівнянь, в яких враховано вплив зовнішнього тиску на положення нейтральної лінії _н. де; ступінь деформації в процесі згинання в небезпечному перерізі (_н - визначали з системи (10)). Криву текучості апроксимували степеневою залежністю .

Для обчислення використаного ресурсу пластичності застосовано критерій де, , e_p(,) поверхня граничних деформацій, яку апроксимували виразом де е_р(0) гранична деформація при =0 і =0 (для сталі 45 е_р(0)=0,4, =0,52, а=0,4, b=0,04; для сталі У8А е_р(0)=0,39, =0,5, а=0,35, b=0,1).

В результаті визначення _н за системою (10) і розрахунків за (11) з врахуванням розв'язків рівнянь рівноваги та пластичності для чистого колового згину отримано залежність використаного ресурсу пластичності від тиску підпору _к , радіусу згину (кривизни внутрішньої поверхні листа) і товщини листа.

З метою визначення напружено-деформованого стану під час формування гофрованої поверхні в згинальному штампі побудована математична модель на основі системи рівнянь рівноваги, нерозривності та умови пластичності для плоского деформованого стану. Приймнята також гіпотеза, що інтенсивність напружень _u=_u(_u) і _u=_u(,), а швидкості переміщення точок матеріалу і _z лінійно залежать від їх координат.

Після перетворень одержимо

.

Для прийнятих припущень отримані розв'язки рівнянь (13) і побудовані графіки розподілу напружень в залежності від координат точки і для сталі 45, які показують, що нормальні напруження і в межах кута <0,5 рад фактично не залежать від кутової координати точки, в той час як дотичні напруження значно залежать від . Таким чином, для будь-якого кутового перерізу (за умови <0,5) і наближено можна розраховувати при =0, тобто за сукупністю виразів.

Розбіжність розрахунків за формулами (13) і (14) після інтегрування не перевищує 5% при <0,5 рад, що дозволяє спростити розрахунок напруженого стану гофри і визначити використаний ресурс пластичності.

У третьому розділі запропоновано методику експериментальних досліджень пластичності листових матеріалів. В процесі використання стандартної методики випробувань на розтяг плоских зразків для підвищення точності вимірювань застосована цифрова фотографія. Обробка зображень виконана за допомогою пакетів прикладних програм „Компас” на комп'ютері, що дозволяє виконувати вимірювання лінійних розмірів або координат з точністю до 0,001 мм, кутових розмірів - до 0,1.

В результаті досліджень на розтяг, проведених за розробленою нами методикою, зразків зі сталі У8А, вирізаних вздовж, поперек та під кутом 45 до напрямку прокатування, і обробці отриманих результатів за методикою Д.В.Хвана зроблено висновок про ізотропність матеріалу цього листа та визначено головну логарифмічну та відносну деформації.

Для побудови діаграми пластичності з використанням апроксимації В.А. Огороднікова, (при 01 і при 10) проведені експериментальні дослідження спеціальних плоских зразків на зсув.

За критерієм Деля-Огородніковата (13), розраховано використаний ресурс пластичності для сталі У8А під час пластичного деформування згином. З урахуванням того, що 1 побудовані графічні залежності граничного радіусу згину листового зразка зі сталі 45 та У8А від товщини листа. Графіки на проміжку s >0,1 апроксимуються рівняннями для У8А , а для сталі 45 .

Вплив рекристалізаційного відпалу на відновлення ресурсу пластичності попередньо розтягнутих з різним ступенем деформації плоских зразків досліджено за схемою - деформація-відпал-руйнування. За аналогічною схемою вивчався вплив рекристалізаційного відпалу на відновлення ресурсу пластичності листових зразків попередньо зігнутих до різних радіусів внутрішньої кривизни. В результаті аналізу отримано рівняння регресійної залежності граничного радіусу кривизни внутрішньої поверхні зразка (Y) в залежності від температури відпалу (Х₁), попереднього радіусу кривизни внутрішньої поверхні (Х₂), часу відпалу (Х₃).

Встановлено, що для виготовлення гофрованих виробів з радіусом кривизни 0,5 мм із листа товщиною 0,8 мм достатньо в технологічному процесі передбачити один проміжний відпал.

У четвертому розділі представлені результати практичної перевірки отриманих результатів на прикладі розробки та реалізації технологічного процесу і оснащення для нього з метою виготовлення бурякорізальних ножів. В процесі дифузійного екстрагування цукру з бурякової сировини до стружки висувають ряд жорстких вимог щодо її фізико-механічних та геометричних параметрів. Найбільш повно ці умови задовольняють безреберні арочні ножі, які запропоновані колективом спеціалістів за участю автора.

Встановлено, що з точки зору забезпечення службових характеристик та економічності найбільш ефективними є технологічні процеси виготовлення таких ножів способами пластичного деформування з листової сталі марки У8А товщиною 0,8 мм.

Також розроблено науково обгрунтований метод визначення способу холодного пластичного деформування та структури технологічного процесу: операцій та основних параметрів гофроутворення в залежності від серійності виробництва, наявного обладнання та фізико-механічних властивостей матеріалу заготовки. В основу цього методу покладена оцінка використаного ресурсу пластичності, яка базується на початкових експериментальних даних про матеріал, критерії Деля-Огороднікова, кінетиці фазових перетворень під час рекристалізаційного відпалу та його впливу на відновлення ресурсу пластичності, зв'язку між розміром зерна після рекристалізаційного відпалу і пластичністю металу.

Використаний ресурс пластичності за час технологічного процесу деформування з проміжним відпалом обраховували за формулою де r₁, r₂ - радіуси кривизни внутрішньої поверхні на першому та другому етапах, відповідно; , використаний ресурс пластичності на першому та другому етапах, відповідно; величина ресурсу пластичності, відновленого рекристалізаційним відпалом після першого етапу формозміни.

З функції визначається граничне використання ресурсу пластичності на першому переході , а отже і мінімальний радіус кривизни , який можна отримати на першому переході. З врахуванням обмежень деформації по гранично допустимій величині зерна при відпалі отримаємо обмеження, які накладаються на перший перехід.

Для виготовлення заготовок ножів запропоновано штамп, який, за рахунок співпадання початкової і кінцевої довжини гофри в процесі деформування, дозволяє уникнути витягування листа і за допомогою накладання вібрації, зменшити зусилля деформування та подачі листа, збільшити продуктивність процесу. В залежності від встановленої кількості переходів матриця і пуансон можуть бути поділені на частини, які замінюються після проміжного відпалу заготовки. Як варіант, для виробництва ножів із інструментальної сталі У8А способами пластичної деформації, на етапі попереднього формоутворення гофри використано запропонований автором пристрій для попереднього прокатування заготовок ножів, що дозволяє уникнути витягування листа.

Альтернативою до попереднього почергового прокатування гофрів є формоутворення заготовок бурякорізальних ножів за допомогою згинального штампу послідовної дії. Калібрувальні пуансон 1 і матриця 2 через пружні елементи 4 взаємодіють з рухомою плитою 5, яка переміщується по напрямним 3, і нерухомою плитою 6. В процесі руху плити 5 вниз, за рахунок стискання пружного елемента 4, пуансон 1 рухається до матриці 2 і затискає сформовану частину заготовки. Після чого за рахунок наявності пружних елементів 4 пуансон 8 рухається швидше пуансона 1 і формує одну сторону гофри. Рухаючись далі плита 5 разом з пуансонами 1 та 8 взаємодіє з матрицею 7 і формує другу половину гофри.

Очікуваний річний економічний ефект від впровадження технології пластичного формування заготовок бурякорізальних ножів складає близько 170 тис. грн.



ВИСНОВКИ

У дисертації узагальнено і розроблено нове рішення науково-технічної задачі, яка полягає в створенні теоретичних передумов проектування технології та оснащення для виготовлення методами пластичної деформації складнопрофільованих поверхонь з великими локальними деформаціями, мінімальними радіусами кривизни та малими кутами загострення з тонколистового сталевого прокату. В результаті виконання досліджень відповідно до мети та задач даної роботи отримано такі результати:

1. На основі теорії деформуємості розроблено теоретичні основи вибору технологічних процесів формоутворення складних профілів зі значними локальними деформаціями, мінімальними радіусами кривизни та кутами загострення внутрішньої поверхні з тонколистового важкодеформівного прокату, що дозволяє прискорити й автоматизувати проектування цих процесів.

2. Розроблено математичні моделі формоутворення гофрів накаткою роликом, штампуванням з гідростатичним підпором, згином на спеціалізованому обладнанні, які дозволяють визначати напружено-деформований стан заготовки в зоні гофроутворення і встановити можливість використання розглянутих способів для формування гофр мінімальних радіусів кривизни.

3. Розроблено геометрію зразка та метод експериментального дослідження граничних деформацій листових матеріалів на зсув.

4. Дослідження характеру зміни напружень в процесі гофроутворення згинанням показало, що нормальні напруження практично не залежать від величини кута загострення гофри при його значеннях в межах від 0 до 1 радіана. В той же час кут загострення має значний вплив на величину дотичних напружень. Нехтування впливом кута загострення на нормальні напруження в критичній точці дозволяє істотно спростити розрахунок напруженого стану металу без втрати точності розрахунків використаного ресурсу пластичності.

5. В результаті проведених досліджень отримано функціональну залежність граничного радіуса кривизни внутрішньої поверхні від товщини тонколистового прокату зі сталі У8А.

6. Виявлено, що найбільший вплив на величину відновленого ресурсу пластичності для листової сталі У8А (товщина до 1,5 мм) мають: температура та час рекристалізаційного відпалу, а також величина попередньо використаного ресурсу пластичності. Для листової сталі товщиною 0,8 мм рекомендовано температуру відпалу 720730С, час відпалу 28 хв, попередній радіус згину внутрішньої поверхні 59 мм ( = 0,4 0,6).

7. Запропоновано метод визначення та отримано рівняння регресії відновленого ресурсу пластичності в залежності від температури (670730С), часу рекристалізаційного відпалу (230 хв) і величини попередньої деформації (радіус кривизни внутрішньої поверхні 511 мм) для тонколистового сталевого прокату зі змінним по товщині ступенем деформації.

8. Розроблено конструкції оснащення для реалізації технологічного процесу гофроутворення способами холодного пластичного деформування.

9. Розроблену технологію виготовлення гофрованих заготовок мінімальних радіусів кривизни впроваджено на ВАТ „Вінницький інструментальний завод”.

10. Результати досліджень використані в навчальних курсах: „Проектування та виготовлення заготовок” та „Основи моделювання технологічних процесів” ВНТУ.



СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Савуляк В.В. Деформація і напружений стан тонколистових матеріалів в процесі формування гофрів // Вісник Донбаської державної машинобудівної академії. - 2006. №3. С.4853.

2. Савуляк В.В. Штампування гофрованих заготовок малих радіусів кривизни з використанням гідростатичного підпору // Вісник Вінницького політехнічного інституту. - 2004. №5. С.7476.

3. Савуляк В.І., Чорна Г.О., Савуляк В.В. Експериментальне дослідження зносостійкості металокарбідних покриттів // Проблеми трибології. -2001. №2. - С.2225.

4. Сивак І.О., Савуляк В.В. Дослідження процесу виготовлення гофрованих заготовок // Удосконалення процесів та обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні. - Краматорськ: ДДМА. -2005. С.287-290.

5. Сивак И.О., Савуляк В.В. Получение гофрированних заготовок методами локальной пластической деформации // Удосконалення процесів та обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні. -Краматорськ: ДДМА. - 2003. С.392-394.

6. Сивак І.О., Савуляк В.В. Штампування гофрованих заготовок з використанням гідростатичного підпору // Удосконалення процесів та обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні. -Краматорськ: ДДМА. - 2004. С.331-335.

7. Савуляк В.В. Напружений стан тонколистових матеріалів в процесах формування гофрів // Збірник тез Міжнародної науково-технічної конференції „Застосування теорії пластичності в сучасних технологіях обробки і автотехнічних експертизах”. - Вінниця: ВНТУ. 2006. С.120-122.

8. Савуляк В.І., Савуляк В.В., Заболотний С.А. Оцінка швидкості дифузійного руху включення композиційного матеріалу під впливом поля напружень // Збірник тез Міжнародної науково-технічної конференції „Застосування теорії пластичності в сучасних технологіях обробки і автотехнічних експертизах”. - Вінниця: ВНТУ. 2006. С.56-58.

9. Savulyak V.I., Cherna G.A., Savulyak V.V. Experimental investigation of composite coating wear resistance // Матеріали міжнародної конференції “Tehnomus XI”. Romaniya: Suceava. 2001. - Р. 99102.

10. Савуляк В.В. Планування та обробка результатів експериментальних досліджень на зносостійкість деталей машин // Збірник тез студентських доповідей ХХХ Науково-технічної конференції професорсько-викладацького складу, співробітників та студентів ВНТУ. - Вінниця: ВНТУ. 2001. С.44.

11. Савуляк В.В. Процеси фрикційної взаємодії в області контакту деформуємого тіла з інструментом // Збірник тез студентських доповідей ХХХІ Науково-технічної конференції професорсько-викладацького складу, співробітників та студентів ВНТУ. - Вінниця: ВНТУ. 2002. С.69.

12. Савуляк В.В. Виготовлення гофрованих заготовок методами локальної пластичної деформації // Збірник тез студентських доповідей ХХХІ Науково-технічної конференції професорсько-викладацького складу, співробітників та студентів ВНТУ. - Вінниця: ВНТУ. 2003. С.195.

13. Пат. 3683 Україна, МПК В21D13/00. Штамп для виготовлення гофрованої стрічки/ Савуляк В.В., Савуляк В.І., Сивак І.О. №2004020945; Заявл. 10.02.2004; Опубл. 15.12.04, Бюл. № 12. -3с.

14. Пат. 2389 Україна, МПК С13С1/08. Ніж бурякорізальний/ Близнюк А.С., Законов О.П., Піддубецький П.І., Савуляк В.В., Савуляк В.І. №2003065361; Заявл.10.06.2003; Опубл. 15.03.04, Бюл. № 3. -2с.

15. Пат. 2496 Україна, МПК С13С1/08. Ніж бурякорізальний/ Близнюк А.С., Законов О.П., Піддубецький П.І., Савуляк В.В., Савуляк В.І. №2003087726; Заявл.14.08.2003; Опубл. 17.05.04, Бюл. № 5. -2с.

Размещено на Allbest.ru

...