Технологічна механіка пластичного формоутворення обкочуванням вісесиметричних деталей

З графіку на рис. 13,б видно, що: - на проміжку d/h=0,8…4,0 , який відповідає обробці високих заготовок, графіки для ч=р_СР^ТР/р_СР^О при всіх значеннях коефіцієнту л знаходяться вище ч=р_СРО^ТР/р_СР^О , що пояснюється вищим значенням питомих зусиль на контакті із-за затискання зони контактного деформування поміж недеформованої зони та силами тертя в напряму від вільної поверхні, що відтворює умови всебічного стискання і підтверджується експериментальними даними підвищення граничної деформації на 15…20%; - на проміжку d/h>4,0 , який відповідає обробці тонких заготовок, графіки для ч=р_СР^ТР/р_СР^О при всіх значеннях коефіцієнту л приблизно співпадають з ч=р_СРО^ТР/р_СР^О. На початку цієї ділянки при традиційному осаджуванні з d_О/h_О=4,0 відносний об'єм діжкоутворення И=V_б/V?7,3% (де: V_б - бічний об'єм, що утворює діжку; V - об'єм заготовки), що відображає умови наближені до рівномірного напружено-деформованого стану. Такі ж співвідношення між ч=р_СР^ТР/р_СР^О та ч=р_СРО^ТР/р_СР^О зберігаються із зростанням d/h , що створює сприятливі умови при обробці деталей з надтонкими елементами конструкції.

Необхідно звернути увагу, що при осаджуванні обкочуванням значення показників, які визначають витрати на здолання сил тертя мають менші абсолютні значення, а відносні відповідають традиційному осаджуванню.

Рис.13. Графіки: а - залежності р_СР=F(л) для різних d/h; б - залежності коефіцієнту ч від d/h при осаджуванні тонких (Т) і високих (В) заготовок.

Зміна напруженого стану і протікання деформацій при обробці тонкої заготовки носить складний характер. При певних припущеннях розрахунок граничних деформацій можна звести до умов, що визначаються інженерною залежність В.А. Матвійчука. Її використання дає задовільні результати при умові розгляду двохетапного деформування тонкої заготовки у послідовності: деформування в контактній та позаконтактній зонах, причому остання має дві ділянки (стиснуту периферійну і розтягнуту центральну). Тому слід розглядати два варіанти двохетапного деформування: перший, при якому відбувається зміна знаку компонент деформацій та показника з від з=-1...-2 (завдяки впливу сил тертя) в периферійній частині контактного осередку до з= -1 в стиснутій ділянці позаконтактного осередку; другий, при якому відбувається зміна знаку компонент деформацій та показника з від з=-2...-4 в центральній частині контактного осередку до з=1 в розтягнутій центральній ділянці позаконтактного осередку.

При обробці високого і тонкого зразка значенням коефіцієнту жорсткості з в контактному осередку можна керувати як кінематичними параметрами процесу, що визначають геометричні розміри осередку деформації, так і силами контактного тертя.

З метою підтвердження достовірності отриманих результатів було проведене дослідження зміни напружено-деформованого стану при осаджуванні обкочуванням за допомогою методу скінчених елементів. При моделюванні застосовувались 8-ми вузлові елементи, активному інструменту задавався постійний рух вздовж вертикальної вісі та обкочувальні рухи з постійною частотою обкочування, що відповідало розрахунковому л=0,08 при початкових розмірах, умови тертя відповідають холодному процесу, активний інструмент абсолютно твердий. На рис.14 надані результати розрахунків після осаджування на е_z=22% по висоті: - інтенсивності напружень у_i (див. рис.14,а); - напружень вздовж вертикальної осі у_z (див. рис.14,б); - радіальних напружень у_с (див. рис.14,в); - вертикальних деформацій е_z (див. рис.14,г). Отримані результати відповідають передумовам створення відповідних моделей, результатам обчислень та експериментальним даним.

Рис.14. Результати розрахунків напружено-деформованого стану при осаджуванні обкочуванням методом скінчених елементів: а, б, в - розрахунки розподілу напружень; г - розрахунки розподілу деформацій.

Питання визначення граничних деформацій гостро виникає при застосуванні традиційних підходів до отримання одиничної заготовки, відокремлення якої від прутка тим ефективніше, чим менше діаметр заготовки, тому такі заготовки мають видовжену форму, а згодом вимагають більшої ступені висотної деформації. В першу чергу це стосується розтину традиційною рубкою. Проблема визначення граничних деформацій становиться другорядною при можливості застосування ефективної заготовки з розмірами, що максимально наближені до готового виробу.

Шостий розділ присвячений аналізу застосування можливостей локального навантаження при виготовленні заготовок сприятливих для кінцевої обробки. За ефективну заготовку будемо вважати таку, яку можна отримати з достатньою продуктивністю і з розмірами максимально наближеними до готового виробу.

Питання вибору циліндричної заготовки можна вирішити двома шляхами. Традиційний (для гарячої обробки) полягає в тому, що заготовку вибирають з умови закладення певних співвідношень розмірів і з мінімальним діаметром, що визначається вимогами відокремлення рубкою. За такого шляху визначальним фактором для наступного деформування є чітке визначення допустимої граничної деформації.

Можливий інший підхід, коли заготовка має габаритні розміри максимально наближені до розмірів готової деталі та вибирається з умови мінімальних деформацій. Але виникає проблема отримання заготовки з незручними (для ефективного відокремлення) співвідношеннями розмірів, зокрема, d/h?2. Отримання заготовки таких співвідношень є нагальним при металообробці взагалі.

Процес відокремлення суцільної циліндричної заготовки виглядає наступним чином. пруток 1 (див. рис.15,а) розташовують в отворах двох прилеглих по площині ножів 2 та 3. Діють на пруток 4 ножами 5 та 6 (див. рис. 15,б), що виконують переміщення за напрямом 7 (див. рис. 15,в) на величину (е), при цьому перетин отвору 8 отвором 9 визначає по площині А-А форму перерізу утвореного початкового пластичного зміщення 10.

Площина перерізу зміщення поступово зменшується, після обкатування на кут р/2 (див. рис.15,д) при положенні отворів ножів 12 та 13 утворюється відповідне зміщення 14. після обкатування на кут р (див. рис.15,е) при положенні отворів ножів 15 та 16 в прутку 17 утворюється зміщення 18. На перерізі по площині Б-Б (див. рис.15,ж) видно проекцію відповідного зміщення 19. Після декількох циклів наступає повне відокремлення заготовки від прутка. Характерною рисою відокремлення обкочуванням є симетричність поверхні розтину відносно осі.

Рис.15. Покрокове геометричне моделювання відокремлення заготовки обкочувальним зусиллям (а,б,в,г,д,е,ж,з,и - кроки розвитку відокремлення).

При відокремлюванні обкочуванням необхідно виконання умов: - максимальне відносне зміщення не повинно викликати сколювання; - прикладання сили переміщення в межах кута тертя; - товщина відокремленої заготовки визначається з умови, що сила зрізання менша за силу зминання.

За розрахунками при частоті обертання 1000 об/хв. та переміщенні е=0,25мм відокремлення прутка діаметром 32 мм наступає протягом ?3 с.

Для отримання ефективної кільцевої заготовки створений спосіб, економічна доцільність якого полягає в безвідходній схемі виробництва. В якості первинної заготовки використовується найбільш поширений і відносно дешевий сортамент - пруток.

Процес полягає в тому, що від прутка 1 (див. рис.16,а) відокремлюють прямолінійні заготовки 2. Заготовки згинають (див. рис.16,б) в кільця 3 з зазором 4. Кільця 3 (див. рис.16,в) збирають в пакет з орієнтацією вздовж зазорів. Збирання виконують на оправці. Отриманий (див. рис.16,г) пакет 4 на оправці 5 стискують зусиллям 6. Місця стиків заварюють електродом 7 з утворенням спільного зварного шва вздовж пакету 4. Утворюється зварна конструкція 8 (див. рис.16,д) у вигляді труби із кільцевих заготовок скріплених зварним швом 9. Зварний шов зачищають лише з зовнішньої сторони. На виді А (див. рис.16,е) в елементі I (див. рис.16,ж) зображений перетин 9 шва denm. Точка С є центром тяжіння. Вісь ВВ проходить вздовж зварного шва 9 через точку С. Відокремлення окремої кільцеві заготовки відбувається скручувальним моментом М. Під час об'ємного деформування проходять пластичні деформації в тілі заготовки і структура металу стає однорідною, деталі задовольняють вимогам експлуатації. Можливі інші способи виготовлення кільцевої заготовки з прямолінійного прутка, що забезпечує мінімальну собівартість завдяки використанню дешевих і продуктивних способів розтину.

Рис.16. Етапи виготовлення зварної кільцевої заготовки: а - відокремлення; б - згинання, в - пакет заготовок; г - стискання і заварювання; д - зачищення шву; е - відокремлення скручуванням; ж - прикладання моменту.

Питання отримання ефективної заготовки може бути вирішене шляхом забезпечення процесу штампування обкочуванням додатковими технологічними можливостями. Ефективність штампування обкочуванням випливає з використання ефектів, які зменшують вплив контактного тертя на загальне технологічне зусилля та створюють сприятливий напружений стан. При штампуванні обкочуванням виникає можливість обробляти заготовки з великим співвідношенням діаметру до висоти, зокрема за межами d/h>4. Основним недоліком є те, що первинна заготовка, яка використовується для штампування обкочуванням, повинна бути з співвідношенням d/h>0,8…1. Таку ситуацію можна здолати шляхом початкового осаджування заготовки пуансоном з конічною робочою поверхнею, який має нульовий кут нахилу осі, до співвідношення розмірів заготовки d/h?1 та наступного штампування обкочуванням тим же пуансоном, що змінює кут нахилу своєї осі до кінцевого значення та виконує обкочувальні рухи.

Створені способи отримання ефективної заготовки захищені патентами України.

Сьомий розділ присвячений аналізу ефективних параметрів обладнання для ШО. Обладнання для штампування обкочуванням є сукупністю двох механізмів: - механізму осьового переміщення в вигляді силового гідро циліндру; - механізму обкочувальних рухів.

При застосуванні в приводі механізму осьового переміщення насосного приводу швидкість робочого переміщення практично постійна (х?const). Протікання технологічної операції в такому випадку характеризується тим, що на початку операції коефіцієнт л має найбільші значення, а наприкінці найменші (див. рис.17, група тонких кривих). Негативний вплив цього проявляється при обробці високих заготовок із-за нерівномірності висотних деформацій.

Спрогнозувати обробку з постійним коефіцієнтом л=const, можна за умови регулювання швидкості осьового наближення. На рис.17 нанесені відповідні залежності коефіцієнту л , питомого зусилля та швидкості деформування від переміщення (групи кривих середньої товщині та товсті). Видно, що змінюючи швидкість деформування можна досягти рівномірності значень л та вирівнювання значень питомого зусилля.

Реалізувати обробку з постійним коефіцієнтом л можна: - за рахунок можливостей гідравлічного приводу (використанням декількох насосів постійної продуктивності; використанням в гідравлічному приводі насосу керованої продуктивності; застосуванням групи гідравлічних циліндрів в якості робочих; використанням насосно-акумуляторного гідравлічного приводу); - за рахунок можливостей механізму обкочування (зміною частоти коливань обкочувальних рухів активного інструменту; зміною кута нахилу активного інструменту).

Задану швидкість осьового переміщення можливо підтримувати застосуванням групи насосів, що дозволяє ступінчасто керувати швидкістю. Кількість ступіней швидкості відповідає кількості насосів в приводі.

При використанні декількох насосів в приводі традиційного пресу ступінчате керування полягає в тому, що технологічне зусилля поступово збільшується. Ефективна робота полягає в тому, що швидкість осьового переміщення ступінчасто спадає, у відповідності до росту технологічного зусилля. В нашому випадку швидкість осьового переміщення повинна зростати. Гідравлічний привід з ступінчатою характеристикою зростання технологічного зусилля та швидкості буде мати зменшений ККД. Як видно з рис.18,а досягається умова пульсуючого коефіцієнту л. Кількість піків відповідає кількості ступенів регулювання. За графіком на рис. рис.18,а х₁<х₂<х₃ , що суперечить умові ефективної роботи.

За таких же міркувань неефективним є і використання гідросхем з декількома робочими гідроциліндрами або насосом керованої продуктивності.

Застосування насосно-акумуляторної станції має такі ж недоліки щодо енергетики, але має і свої позитивні особливості. Насосно-акумуляторний привід забезпечує значні витрати робочої рідини практично при постійному тиску, що надає можливість підтримувати необхідні значення швидкості. Можна визначити критерії при яких графік зміни швидкості осьового переміщення максимально наближається до теоретичного, який наближається до умов обробки з постійним коефіцієнтом л.

З рівняння рівноваги при робочому ході (рівняння Д'Аламбера) рухомих частин пресу з врахуванням складових, групування відносно змінних та з виділенням постійних коефіцієнтів D, F, L, k отримаємо рівняння

, (7)

де: s - осьове переміщення;

х - швидкість осьового переміщення;

t - час,

Фізичний зміст коефіцієнтів полягає в тому, що D залежить від довжини трубопроводів, F - визначає гідравлічні перешкоди, з ростом коефіцієнту L зростає швидкість сталого руху.

З (7) вираз для знаходження швидкості

. (8)

Рис. 18. Графіки залежності коефіцієнту л та швидкості деформування від осьового переміщення при ступінчастому регулюванні насосним приводом (а) та при застосуванні насосно-акумуляторного приводу (б).

В залежності від складової 2F/D в (8) можна збудувати групу кривих, що характеризують х=f(s) (див. рис. рис.18,б). Тобто шляхом визначення співвідношення 2F/D можна забезпечити необхідну теоретичну швидкість деформування на ділянці s₁ при якій забезпечується обробка з коефіцієнтом л, що має незначне відхилення Дл , оскільки х_теор?х . Для роботи пресу в визначених межах треба забезпечити умови з значним запасом по зусиллю. Спадання швидкості деформування відповідає ділянці s₂ остаточної доробки, коли мінімальні деформування протікають при забезпеченні жорсткого упору рухомих частин пресу з різким зростання опору переміщення, чим пояснюється стрімке падіння швидкості деформування та зміна коефіцієнту на Дл' на цій ділянці. Таким чином зміна швидкості деформування буде проходити по суцільній кривій О-А-Б.

Доцільним є регулювання значенням коефіцієнту л шляхом зміни частоти коливань обкочувальних рухів активного інструменту. Така можливість базується на застосуванні сучасних систем приводу із керованою частотою струму.

Найбільш перспективним є керування коефіцієнтом л за рахунок зміни кута нахилу активного інструменту під час технологічної обробки. Додатково виникає можливість розширення технологічних можливостей. На рівні винаходів створені механізми, що забезпечують роботу обладнання при л=const.

Однією з складових сучасного ресурсозберігаючого процесу є створення автоматизованих комплексів і обладнання на базі нових технічних і технологічних рішень. При виготовленні кільцевих деталей ШО виникає низка проблем пов'язаних з центруванням, попередньою фіксацією заготовки та видаленням відштампованої деталі, що забезпечується можливостями обладнання. В ході проведення науково-дослідних та дослідницько-конструкторських робіт були створені технологічні схеми об'ємного штампування обкочуванням кільцевих деталей та розроблені базові процеси промислового виробництва вісесиметричних кільцевих деталей в автоматизованому режимі.

Під дією тиску металу заготовки на інструмент в місті контакту вони пружно деформуються, що збільшує фактичну площу осередку в порівнянні з теоретично розрахованою шляхом визначення коефіцієнта л. Відчутний вплив пружних деформацій проявляється при холодному ШО.

Оскільки пляма контакту має видовжену форму вздовж радіусу заготовки, то для визначення зміни площі контакту від пружних деформацій інструменту достатньо з'ясувати пружну деформацію по дузі контакту.

Порівняння значень довжини дуги (l) вирахуваних по коефіцієнту л (при л=0,1) з розрахунковим значенням середньої довжини дуги контакту з врахуванням пружних деформацій l_P=0,45*R показує, що перші приблизно на 10% більші. Порівняння значень довжини дуги контакту на всьому діапазоні значень коефіцієнту л показує відмінність К_П=l_P/l?1,087…1,112. Приблизно, на таку ж величину збільшується і площа локального осередку деформації. Такі висновки вимагають кореляції щодо експериментальних значень питомого зусилля, оскільки при розрахунках використовувались теоретичні значення площі осередку. Технологічні параметри ШО з врахуванням пружних деформацій інструменту можливо скорегувати, зокрема, шляхом перерахування експериментальних значень p'_сре/у_s в p_сре/у_s в якому врахований коефіцієнт К_П=1,1 , а на далі вираховувати площу осередку як при теоретичних розрахунках. Такий підхід вважається доцільним, оскільки базується на засадах, що задіяні при розрахунках технологічних та енергосилових параметрів процесу.

Восьмий розділ присвячений практичному застосуванню проведених теоретичних і експериментальних досліджень. При впровадженні технологічних процесів ШО вирішувалась низка питань. Основні з яких: аналіз номенклатури виробів; створення методики технологічних розрахунків; експериментальне моделювання створених технологічних процесів; розробка і застосування заходів, що забезпечують точність і відповідність до вимог експлуатації отриманих виробів.

Для перевірки можливості промислової реалізації способів (див. рис.16), якості отриманих фланцевих деталей, виявлення дефектів проведене експериментальне моделювання технологічного процесу отримання кільцевої деталі з прямолінійного прутка перетину 6,5х5 мм із матеріалу Сталь 20А ГОСТ 1050-88.

Виготовлені деталі (рис.19,а та б) не мали зовнішніх ознак дефектів, так як під час об'ємного деформування проходять пластичні деформації і структура металу, в тому числі і в зварному шві, становиться однорідною, а отримані деталі задовольняють вимогам експлуатації.

На рис.20 представлені результати металографічного дослідження у зварній заготовці до і після деформування при х100 кратному збільшенні. На недеформованій зварній заготовці видно межу переходу від пруткового матеріалу до матеріалу зварного шва (див. рис.20,а). Після штампування обкочуванням має місце однорідна структура по всьому об'єму заготовки, межа розділу візуально непомітна (див. рис.20,б).

Для визначення якості отриманих деталей проводили заміри твердості. Було досліджено на твердість та порівняно кільцеву зварну заготівку та фланцеву деталь з цієї заготовки. Вимірювання твердості проводили як в основній зоні, так і зоні зварного шва. Узагальнені результати замірів твердості до і після пластичної обробки представлені на рис.19,в.

Рис.19. Деталі плоских фланців (а,б) отримані з кільцевої зварної заготовки та результати вимірювання поверхневої твердості (за шкалою НВ) на кільцевій зварній заготовці і готовому плоскому фланці (в).

Простому осаджуванню Сталі 20А з відповідним ступенем деформації відповідає твердість HB245. Така твердість відповідає критичним ступеням деформації (е_Z?70%). При штампуванні обкочуванням значення твердості в ?1,5 рази менше, що дає можливість прогнозувати подальші деформації без руйнування із досягненням межової деформації на 20% вище, що підтверджується експериментально та розрахунками. А також підтвердити наявність схем з цикловою зміною напружено-деформованого стану, що викликають уповільнення зміцнення матеріалу при локалізованому деформуванні. Необхідно звернути увагу на те, що значення твердості рівномірне по об'єму деталі.

Рис.20. Межа між основним металом кільцевої заготовки та зоною зварного шва до деформування (а) та після штампування обкочуванням (б).

Основні висновки

В дисертаційні роботі за результатами виконаних досліджень створенні основи технологічної механіки пластичного ресурсозберігаючого формоутворення вісесиметричних деталей обкочуванням, що забезпечує ефективність і конкурентоспроможність виробництва на стадії від отримання ефективної проміжної заготовки до кінцевого виробу на підставі зменшення собівартості і досягнення достатньої продуктивності та відповідності до вимог експлуатації.

Основні наукові і практичні результати роботи полягають в наступному:

Розроблена класифікація типових за формою вісесиметричних деталей для енергозберігаючого виготовлення із застосуванням ШО.

Показана принципова відмінність протікання пластичних деформацій у зразків з різним співвідношенням діаметру до висоти. Обґрунтовані межі розподілу заготовок при ШО за відносною висотою: при 1,25>h/d>0,25 - високий зразок; при h/d?0,25 - тонкий (де: h - висота; d - діаметр). Отримані експериментальні данні, які: - підтверджують якісні особливості протікання процесу ШО при обробці відносно високих і тонких заготовок; - дозволяють збудувати епюру розподілу питомих зусиль на контактній поверхні з врахуванням реальної геометрії контактного осередку деформації та зони приставання; - дають можливість оцінити граничні деформації при обробці відносно високих заготовок із розповсюджених конструкційних матеріалів; - підтверджують ефективність створених способів ШО.

Розроблені моделі пластичних деформацій при ШО високих і тонких циліндричних, а також кільцевих і фланцевих деталей, які максимально враховують якісні фізичні явища, що супроводжують відповідні процеси, зокрема позаконтактні осередки деформації. Обґрунтовані і визначені межі коефіцієнту л при обробці тонкої заготовки в межах 0,063?л?0,141, які визначають ефективне протікання процесу ШО, забезпечують ефективне співвідношення складових роботи і підвищення граничних деформацій.

Визначені умови роботи обладнання при протіканні процесу ШО з сталим коефіцієнтом співвідношення площ л=const або в межах ефективних його значень, що забезпечує рівномірність деформацій та підвищення граничних деформацій до 7…10% при обробці високих заготовок. Визначені можливості керування кінематичними характеристиками обладнання по ходу процесу для забезпечення проходження технологічної операції в межах її ефективних параметрів та проведений порівняльний аналіз таких можливостей.

Проведений аналіз руйнувань при виконанні операцій ШО, розроблена класифікація типових видів руйнування, з'ясовані причини, що їх викликають, та розроблені технологічні заходи щодо запобігання пошкоджуваності.

Визначений критерій кінематичних умов виникнення скручувальник пластичних деформацій при осаджуванні високої циліндричної заготовки (де: Q - кут нахилу прикладення рівнодіючої технологічного зусилля), що надає можливості поєднання позитивних ефектів двох видів обробки: ШО та штампування крученням.

Визначені закономірності циклового навантаження різних за формою заготовок при ШО, що впливає на уповільнення зростання твердості та підвищення граничних деформацій в порівнянні з традиційними процесами. Визначені значення показника з (де: з - коефіцієнт жорсткості напруженого стану) при послідовній зміні напружено-деформованого стану в контактному і позаконтактному осередках, які мають якісні відмінності при ШО високої і тонкої заготовки.

Підтверджена можливість застосування критеріїв пластичності, які враховують двохетапний цикл деформування та надані рекомендації щодо врахування в них визначених комбінацій циклового навантаження, що характерні деформуванню заготовок з різним співвідношенням діаметру до висоти.

Розроблена і обґрунтована побудова контактного осередку максимально наближеного до реального при обробці різних за формою деталей, що дозволяє на 5…20% уточнити геометричні та енергосилові параметри при ШО. Розроблена методика знаходження пружних деформацій інструменту та врахування цих деформації при обчислюванні енергосилових параметрів процесу.

Визначені пружні деформації активного інструменту, врахування яких дало можливість на 9…11% скорегувати значення питомих зусиль. Обґрунтована і побудована епюра розподілу питомих контактних зусиль з врахуванням зони приставання та пружних деформацій інструменту, визначені максимальні і середні питомі зусилля, що підтверджено результатами експериментальних досліджень.

Отримала розвиток методика обчислення роботи по здоланню сил тертя при штампуванні обкочуванням з врахуванням геометрії контакту максимально наближеного до реального та зони приставання, що дало можливість порівняти енергетику витрат при проходженні процесу з традиційними процесами. Обґрунтоване підвищення граничних деформацій при осаджуванні високих заготовок на 15…20%, а також визначена можливість підвищення граничних деформацій при обробці тонких заготовок.

Запропонована і змодельована можливість відокремлення відносно тонких циліндричних заготовок обкочуванням. Створенні способи отримання ефективної проміжної заготовки максимально наближеної до розмірів готового виробу як циліндричної відносно тонкої заготовки, так і кільцевої, та які розширяють технологічні можливості ШО, що дозволяє закласти проходження процесу в межах допустимих деформацій із мінімальною кількістю технологічних переходів. Також створені ефективні способи, оснащення та інструмент, що забезпечують протікання процесу ШО з заданими технологічними параметрами та відповідність виробу до вимог експлуатації, в тому числі достатню геометричну точність.

Впроваджені у виробництво і в навчальний процес результати наукових досліджень, технологічних та конструкторських розробок.

Основні публікації за темою дисертації

Кривда Л.Т. Регулирование угла наклона инструмента у прессов для штамповки обкатыванием // Л.Т. Кривда, А.С. Пшенишнюк, С.П. Гожий; Вестник Киевского политехнического института. Серия Машиностроение. 1993. Вып. № 30. - С. 62-67 (Здобувачем обґрунтована доцільність і можливість керування кутом нахилу осі активного інструменту).

Кривда Л.Т. Блок для штамповки обкатыванием // Л.Т. Кривда, С.П. Гожий; Вестник Киевского политехнического института. Серия Машиностроение. 1993. Вып. № 30. - С. 67-72 (Здобувачем розроблена конструкція механізму, розроблена методика проектувальних розрахунків та проведені конструкторські розрахунки та на міцність).

Кривда Л.Т. Контактные напряжения при штамповке обкатыванием // Л.Т. Кривда, С.П. Гожий, А.Г. Абыев; Вестник Национального технического университета Украины «Киевский политехнический институту». Серия Машиностроение. 1998. - № 33. - с. 317-326 (Здобувачем удосконалена методика визначення енергосилових параметрів ШО, проведений аналіз та порівняння з експериментальними результатами).

Кривда Л.Т. Определение кинематических и энерго-силовых параметров штамповки обкатыванием деталей с относительно тонким фланцем // Л.Т. Кривда, С.П. Гожий; Вестник Национального технического университета Украины «Киевский политехнический институту». Серия Машиностроение. 1999. - № 34. - с. 229-234 (Здобувачем розроблена методика визначення кінематичних і енергосилових параметрів при обробці виробів з надтонкими елементами конструкції, визначені критерії, що надають такі можливості, визначені групи деталей, які ефективно виготовляти ШО).

Гожий С.П. Технологические особенности стабилизации технологических процессов моноблочной штамповки обкатыванием деталей с относительно тонким фланцем // С.П. Гожий, Л.Т. Кривда; Вестник Национального технического университета Украины «Киевский политехнический институт». Серия Машиностроение. 1999. - № 37. - с. 53-57 (Здобувачем проведений аналіз випадків отримання бракованих деталей, визначені причини, що їх викликають, та запропоновані профілактичні технологічні заходи).

Кривда Л.Т. Безтрансмісійний осцилятор преса для штампування обкочуванням // Л.Т. Кривда, С.П. Гожій; Технологические системы. 2003. -№ 2(18). - С. 84-89 (Здобувачем розроблена система урівноваження сферичної опори пресувача, проведений аналіз витрат, частково розроблені методика розрахунків розмірів опори розвантаження).

Кривда Л.Т. Маловідходне штампування обкочуванням деталей з фланцем // Л.Т. Кривда, С.П. Гожій, А.Г. Абиєв; Технологические системы. 2002. - № 5(16). - С. 24-26 (Здобувачем проведений аналіз особливостей ШО при виготовленні кільцевих деталей, визначені залежності для силових параметрів процесу, визначена можливість утворення функціонально завершених поверхонь).

Абиєв А.Г. Штампування обкочуванням кільцевих деталей // А.Г. Абиєв, С.П. Гожій, Л.Т. Кривда; Вісник Житомирського інженерно-технічного інституту. Технічні науки. 2002. - № 4(23). - С. 54-57 (Здобувачем визначені залежності для енергосилових характеристик процесу в залежності від кінематичних параметрів та визначена можливість підвищення ефективності процесу за рахунок застосування заготовки, максимально наближеної до готового виробу).

Кривда Л.Т. Вплив обкочування на середнє питоме зусилля при осаджуванні // Л.Т. Кривда, С.П. Гожій, А.Г. Абиєв; Вестник Национального технического университета Украины «Киевский политехнический институт». Серия Машиностроение. 2003. - №44. - С. 41-43 (Здобувачем визначені залежності для середніх питомих зусиль на контактному осередку при ШО вісесиметричних деталей, проведений аналіз складових балансу робіт та розглянута енергетична доцільність обробки в порівнянні з іншими методами обробки).

Кривда Л.Т. Технологічний процес і обладнання для виготовлення кільцевих деталей штампуванням обкочуванням в автоматичному режимі // Л.Т. Кривда, С.П. ГожІй; Вестник Национального технического университета Украины «Киевский политехнический институт». Серия Машиностроение. -2003. - №46. - С. 31-33 (Здобувачем визначені напрямки створення ресурсозберігаючого обладнання та процесів, обґрунтована необхідність і доцільність утворення в конструкції пресів для ШО спеціальних пристроїв, що забезпечують роботу в автоматичному режимі з максимальною продуктивністю).

Кривда Л.Т. Числовий розрахунок безтрансмісійного осцилятора пресу для штампування обкоченням // Л.Т. Кривда, С.П. Гожій; Технологические системы. - 2006. -№ 1(33), - С. 58-61 (Здобувачем розроблений алгоритм числового обрахунку систем рівноваги для визначення конструктивних параметрів пресу для ШО з ефективним сферорухомим механізмом, проведений аналіз отриманих результатів та побудовані залежності допустимих зусиль від ексцентриситету прикладання технологічного зусилля).

Кривда Л.Т. Особливості відбортовки деталей з відносно вузьким фланцем // Л.Т. Кривда, С.П. Гожій; Наукові вісті Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут». -2002. - № 5(25). - С. 59-62. (Здобувачем розроблена схеми розподілу напружень в зоні відбортування та знайдені оптимальні співвідношення між висотою відсортування та розмірами недеформованої частини).

Гожій С.П. Геометричні параметри штампування обкочуванням // С.П. Гожій; Праці таврійської державної агротехнічної академії. Випуск 4. Прикладна геометрія та інженерна графіка. Том 33. Мелітополь. 2006. - с. 117-123.

Гожій С.П. Штампування обкочуванням як засіб ресурсозбереження // С.П. Гожій, Л.Т. Кривда; Наукові вісті Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут». 2006. - № 2(46). - С. 55-60 (Здобувачем проведений аналіз якісних особливостей локального деформування, що відрізняють ШО від традиційних видів обробки, визначена геометрія плями контакту від кінематичних параметрів процесу, отримані експериментальні підтвердження ефективності застосування ШО з максимальними перевагами).

Кривда Л.Т. Геометрія контакту при пластичному деформуванні обкочуванням // Л.Т. Кривда, С.П. Гожій; Наукові вісті Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут». 2006. - №3(47). - С. 49-56 (Здобувачем розглянутий загальний випадок визначення геометрії контакту між інструментом і заготовкою, проведений аналіз формування переднього і заднього контурів осередку деформації, розроблено алгоритм програмного забезпечення вирішення поставленої задачі).

Гожій С.П. Знаходження роботи контактних сил тертя при штампуванні обкочуванням // С.П. Гожій; Вісник двигунобудування. Запоріжжя, ОАО "Мотор-Січ". 2006. - № 4. - С. 108-111.

Гожій С.П. Засади і проблеми використання ресурсозберігаючих технологій обробки металів тиском // С.П. Гожій; Технологические системы. 2006. -№2 (34). - С. 64-68.

Гожій С.П. Особливості руйнування деталей при виконанні операцій штампування обкочуванням // С.П. Гожій; Наукові вісті Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут». 2007. - № 1(51). - С. 58-65.

Гожій С.П. Сучасні ресурсозберігаючі технологічні процеси виготовлення осесиметричних деталей // С.П. Гожій; Вестник Национального технического университета Украины «Киевский политехнический институт». Серия «Машиностроение». 2006. № 48. - С. 172-177.

Гожій С.П. Розвиток моделі пластичних деформацій при осаджуванні циліндричного зразка обкочуванням // С.П. Гожій; Вестник Национального технического университета Украины «Киевский политехнический институт». Серия Машиностроение. 2008. - № 52. - С. 359-365.

Гожій С.П. Модель деформацій при осаджуванні обкочуванням високого циліндричного зразка // С.П. Гожій; Машинознавство, 2009. - №7 (145). - с. 34-37

Машина для сферодвижной штамповки: А. с. СССР № 1650308. МКИ B21D37/12 / Л.Т.Кривда, С.П.Гожий - №4626613/27; Заявл. 27.12.88; Опубл. 23.05.91, Бюл. №19. - 6 с.: ил. (Здобувачем розроблена система урівноваження сферичної опори пресувача, частково розроблена методика розрахунків розмірів опори розвантаження та розроблена конструкція машини в цілому).

Машина для штамповки обкатыванием: А. с. СССР № 1652017. МКИ B21D37/12 / Л.Т.Кривда, С.П.Гожий - №4691127/27; Заявл. 17.11.89; Опубл. 30.05.91, Бюл. №20. - 6 с.: ил. (Здобувачем обґрунтована можливість і розроблена циклограма роботи пристрою для роботи в автоматичному режимі при комбінованому циклі, запропонована ідея та конструкція пристрою, що забезпечує зменшення згинаючих моментів на уловлювачі)

Сферодвижный механизм: А. с. СССР № 1655624. МКИ B21D37/12 / Л.Т. Кривда, С.П. Гожий - №4622357/27; Заявл. 20.12.88; Опубл. 15.06.91, Бюл. №22. - 6 с.: ил. (Здобувачем розроблена конструкція механізму, що забезпечує автоматичне керування кутом нахилу осі активного інструменту в залежності від ексцентриситету прикладання технологічного зусилля та допустимого моменту за міцністю пресувача).

Пат. 15245 Україна, МПК B21D 37/00. Спосіб виготовлення деталей: Пат. 15245 Україна, МПК B21D 37/00 Л.Т. Кривда, С.П. Гожій (Україна); Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут». - №u20512822; Заявл. 29.12.2005; Опубл. 15.06.2006, Бюл. №6. - 6 с. (Здобувачем обґрунтована необхідність і можливість проходження процесу ШО з додатковим притискаючим зусиллям, що забезпечує якість деталей, розроблена технологічна схема способу, проведені розрахунки).

Пат. 15241 Україна, МПК B21D 37/00. Спосіб виготовлення кільцевих деталей: Пат. 15241 Україна, МПК B21D 37/00 Л.Т. Кривда, С.П. Гожій (Україна); Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут». - №u20512818; Заявл. 29.12.2005; Опубл. 15.06.2006, Бюл. №6. - 7 с. (Здобувачем обґрунтована доцільність застосування ефективної кільцевої зварної заготовки, яка після пластичного формоутворення набирає однорідних властивостей по всьому об'єму, визначена послідовність проходження технологічних операцій та розроблені технологічні особливості окремих операцій).

Пат. 25420 Україна, МПК B21D 37/00. Спосіб виготовлення кільцевих деталей: Пат. 25420 Україна, МПК B21D 37/00 Л.Т. Кривда, С.П. Гожій, Д.С. Демченко (Україна); Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут». - №u200703010; Заявл. 22.03.2007; Опубл. 10.08.2007, Бюл. №.12 - 4 с. (Здобувачем обґрунтована доцільність застосування в якості первинної заготовки безперервного сортаменту для забезпечення максимальної продуктивності способу, проведені розрахунки).

Пат. 30822 Україна, МПК B21D 37/00, B23D 23/00. Спосіб відокремлення заготовок обкатуванням: Пат. 30822 Україна, МПК B21D 37/00, B23D 23/00 Л.Т. Кривда, С.П. Гожій, Є.О. Кривда (Україна); Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут». - №u2007133371; Заявл. 30.11.2007; Опубл. 11.03.2008, Бюл. №5. - 7 с. (Здобувачем обґрунтована можливість відокремлення від прутка одиничної заготовки шляхом застосування обкочувального силового навантаження, визначені технологічні параметри процесу: величина допустимого зміщення та межі прикладання рівнодіючої силового навантаження).

Пат. 31594 Україна, МПК B21D 37/04. Пристрій для штампування обкатуванням: Пат. 31594 Україна, МПК B21D 37/04 С.П. Гожій, Л.В. Довгалюк (Україна); Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут». - №u200714820; Заявл. 26.12.2007; Опубл. 10.04.2008, Бюл. №7. - 2 с. (Здобувачем обґрунтована проаналізована і визначена можливість проходження елементу конструкції, що утворює додаткове притискаюче зусилля вздовж активного інструменту, що виконує обкочувальні рухи, розроблена конструктивна схема способу, проведені розрахунки).

Кривда Л.Т. Построение модели пластических течений при осадке обкатыванием цилиндрической заготовки. Прогресивна техніка і технологія машинобудування і зварювального виробництва // Л.Т. Кривда, С.П. Гожий; Праці Міжнародної конференції, присвяченої 100-річчю механіко-машинобудівного і 50-річчю зварювального факультетів. Том ІІ. К.: НТУУ “КПІ”. 1998. с. 454-458 (Здобувачем проведений аналіз якісних ефектів, розроблена модель ліній ковзання, отримані аналітичні вирази рівнянь рівноваги, за його участі створене програмне забезпечення та знайдений числовий розв'язок системи рівнянь).

Гожій С.П. Моделювання ресурсозберігаючого безвідходного процесу виготовлення кільцевих заготовок // С.П. Гожій, Д.С. Демченко; Машиностроение и техносфера ХХI века. Сборник трудов XV международной научно-технической конференции в г. Севастополе 15-20 сентября 2008 г. В 4-х томах. - Донецк: ДонНТУ, 2008. Т. 1. - 348 с. (Здобувачем розроблена методика натурного моделювання, проведений аналіз отриманих результатів, та розроблені технологічні рекомендації щодо стабілізації технологічного процесу в промислових умовах, зроблені висновки).

Аннотация

Гожий С.П. Технологическая механика пластического формообразования обкатыванием осе симметричных деталей. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.03.05 - Процессы та машины обработки давлением. - Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", Киев, 2010.

Диссертация посвящена решению научно-технической проблемы создания основ технологической механики пластического формообразования обкатыванием осесимметричных деталей, что обеспечивает ресурсосбережение и конкурентоспособность производства на всех стадиях производства от получения эффективной промежуточной заготовки до конечного изделия на основе уменьшения себестоимости и достижения достаточной производительности и соответствия требованиям эксплуатации.

Тенденции развития производства свидетельствуют, что эффективность производства возрастает при применении технологических процессов с локальным очагом деформирования, в том числе штамповки с обкатыванием, которая имеет ряд преимуществ перед традиционной обработкой: уменьшение усилия деформирования; достижение большей степени деформации; высокое качество деформируемой структуры и др.

Не смотря на положительные эффекты и возможности перечисленных методов, заслуженного распространения они не имеют. Причина такого состояния видится в том, что цикловая нагрузка за оборот и наличие неконтактных очагов деформации вызывают неопределенность в описании напряженно-деформированного состояния в соответствующих зонах и его влияние на технологические параметры обработки, в том числе на граничные деформации заготовок с различными геометрическими соотношениями. Максимальная эффективность достигается при комплексном использовании методов локального деформирования во всей цепочке производства, а не при замене отдельных этапов.

Исследования показали принципиальное отличие в протекании пластических деформаций в образцах с различным соотношением диаметра к высоте. Получены экспериментальные данные, которые позволяют: построить эпюру распределения удельных усилий по контактной поверхности с учетом реальной геометрии контактного очага и зоны прилипания; дают возможность оценить граничные деформации заготовок из распространенных конструктивных материалов. Произведен анализ разрушений образцов при выполнении операций штамповки обкатыванием, разработана классификация типичных видов разрушений, определены причины их вызывающие и разработаны технологические мероприятия, которые предупреждают повреждаемость.

Разработаны модели пластических деформаций при обработке образцов с различными соотношениями размеров цилиндрических и кольцевых деталей, которые учитывают неконтактные очаги деформации. Обоснованы и определены граничные значения параметров, которые определяют эффективность протекания процесса, обеспечивают энергосберегающие соотношения составляющих роботы и повышение граничных деформаций.

Введен и теоретически обоснован критерий кинематических условий возникновения скручивающих пластических деформаций, что создает возможность объединения положительных эффектов двух видов обработки: штамповки с обкатыванием и штамповки с кручением.

Определены закономерности циклового силового воздействия разнообразных по форме заготовок, которое влияет на замедленный рост твердости и повышении граничных деформаций в сравнении с традиционными процессами. Определены значения показателя жесткости напряженного состояния при последовательной смене напряженно-деформированного состояния в контактном и неконтактном очагах, которые имеют качественные отличия при обработке заготовок с различным соотношением размеров. Подтверждена возможность использования критериев пластичности, которые учитывают двухэтапный цикл деформирования, и разработаны рекомендации относительно учета определенных комбинаций цикловой нагрузки.

Получила развитие методика определения работы сил трения при штамповке обкатыванием, что дало возможность оценить энергетику расходов на выполнение полезной работы в сравнении с традиционными методами. Обосновано повышение граничного деформирования.

Эффект от штамповки обкатыванием повышается при переходе на холодную обработку, но при этом ещё острее возникает вопрос граничного формообразования. Использование критериев пластичности и определение по ним размеров исходной заготовки не дают ожидаемого результата, так как заготовку таких размеров получить традиционными способами (например, рубкой в штампе) невозможно или неэффективно. Изготовление исходной заготовки также возможно методами с подвижным очагом деформации. Предложена и промоделирована возможность отделения относительно тонких заготовок локальным обкатывающим усилием. Созданы способы получения эффективной промежуточной заготовки максимально приближенной к размерам готового изделия, что позволяет производить процесс с допустимой деформацией и при минимальном количестве технологических переходов. Также разработаны способы, оснастка и инструмент, которые обеспечивают протекание процесса с заданными технологическими параметрами и достаточную геометрическую точность размеров.

Определены возможности управления кинематическими параметрами оборудования по ходу технологического процесса для обеспечения эффективных параметров и произведен сравнительный анализ этих возможностей. Предложена конструкция оборудования с эффективными технологическими возможностями, которые обеспечивают повышение граничных деформаций.

Ключевые слова: локальная нагрузка, штамповка с обкатыванием, технологический процесс, оборудование, деформируемость, эффективность, ресурсосбережение.

Анотація

Гожій С.П. Технологічна механіка пластичного формоутворення обкочуванням вісесиметричних деталей. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за пеціальністю 05.03.05 - Процеси та машини обробки тиском. - Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут", Київ, 2010.

В роботі розв'язана наукова-технічна проблема створення основ технологічної механіки пластичного формоутворення обкочуванням вісесиметричних деталей, що забезпечує ресурсозбереженість і конкурентоспроможність виробництва на всьому етапі виробництва від отримання ефективної проміжної заготовки до кінцевого виробу на підставі зменшення собівартості і досягнення достатньої продуктивності та якості.

Для вирішення проблеми: - розроблені моделі пластичних деформацій, що враховують позаконтактні осередки деформації; - визначені межі параметрів, що визначають ефективне протікання процесу; - визначені закономірності циклового навантаження при послідовній зміні напружено-деформованого стану в контактному і позаконтактному осередках; - введений і теоретично обґрунтований критерій кінематичних умов виникнення скручувальних деформацій; - змодельоване відокремлення відносно тонких циліндричних заготовок локальним навантаженням; - визначені можливості керування кінематичними характеристиками обладнання по ходу процесу.

Створенні ефективні способи, оснащення та інструмент, що забезпечують протікання процесу з заданими технологічними параметрами.

Ключові слова: локальне навантаження, штампування обкочуванням, технологічний процес, обладнання, деформівність, ефективність, ресурсозбереження.

The summary

Gozhiy S.P. The technological mechanics of plastic rotary forming of axis-symmetric details. - Manuscript.

Dissertation for a scientific degree of a Doctor of Technical Science on the specialty 05.03.05 - Processes and Machines of plastic working. - National technical university of Ukraine "Kiev polytechnic institute", Kiev, 2010.

The dissertation is devoted the decision of a scientific and technical problem of creation of bases of technological mechanics plastic rotary deformation axis-symmetric details that provides resource-savings and competitiveness of manufacture at all stages of manufacture from reception of effective intermediate billet to a final product on the basis of reduction of the cost price and achievement of sufficient productivity and conformity to operation requirements.

For the problem decision: - models of plastic deformations which consider and not-contact centers of deformation are developed; - boundary values of parameters which define efficiency of course of process are defined; - laws of cyclic influence are defined at consecutive change of the is intense-deformed condition in the contact and not-contact centers; - the criterion of kinematics conditions of occurrence of braiding plastic deformations is proved; - the branch concerning thin preparations by local influence is simulated; - management possibilities by kinematics characteristics of the equipment on a process course are defined.

Effective ways, equipment and the tool which provide course of process with the set technological parameters are created.

Keywords: local loading, rotary forming, technological process, equipment, deformability, efficiency, resource-savings.

Размещено на Allbest.ru