Введение к работе
Актуальность работы. Разработка и освоение новых технологий в машиностроении способствует конкурентоспособности выпускаемой продукции за счет получения изделий высокого качества при минимальных трудовых, материальных и энергетических затратах на их производство.
В связи с этим возрастает роль технологий заготовительного производства и особенно методов обработки металлов давлением, среди которых значимое место занимает холодная объемная штамповка.
Комбинирование схем прямого, обратного и радиального выдавливания при изготовлении полусферических деталей c фланцем повышает технологические возможности процессов штамповки за счет снижения энергетических затрат и сокращения числа технологических переходов. Однако внедрение комбинированных процессов холодного выдавливания в настоящее время затруднено из-за недостаточной изученности этих технологий и, как следствие, отсутствия информации в литературе.
Холодная объемная штамповка обладает рядом преимуществ. Она обеспечивает получение точных заготовок, а иногда и готовых деталей, обладающих высоким качеством поверхности, благодаря чему расход металла на изготовление изделий и трудоемкость становятся минимальными. Увеличивается прочность деталей за счет упрочнения при холодной деформации.
Помимо преимуществ, у этой технологии имеются и недостатки. Одним из главных является недолговечность дорогостоящего штампового инструмента. Стойкость штамповой оснастки напрямую зависит от правильно подобранного смазывающего материала, а также от рационального выбора геометрии рабочих частей штампа.
Для повышения качества изделий и технологических возможностей ХОШ необходимо развитие технологий заготовительного производства за счет изучения и освоения процессов комбинированного выдавливания, а также выбора рационального смазывающего материала для этих процессов. На решение этой задачи направлена настоящая работа.
Цель работы.
Повышение эффективности процесса производства осесимметричных полусферических деталей с фланцем, получаемых методом холодного комбинированного выдавливания, за счет изучения характеристик течения металла для данного класса деталей.
Задачи исследования:
-
Проведение исследования кинематики течения металла при процессе комбинированного выдавливания с различными вариантами формообразования полусферической детали с фланцем аналитическим методом и методом конечных элементов (QForm-2D).
-
Разработка рекомендаций по выбору рациональной геометрии рабочего инструмента для комбинированного выдавливания для класса полых полусферических деталей с фланцем.
-
Проведение исследования кинематики течения металла в процессе получения полусферической детали с фланцем экспериментальным методом координатной сетки и конечно-элементным моделированием в программе QForm- 2D. Сравнение полученных данных и оценка процента погрешности расчетов между компьютерным моделированием и проведенными экспериментами.
-
Проведение экспериментальной оценки технологических свойств новых смазывающих материалов для процессов холодного выдавливания.
-
Разработка технологического процесса и производственных штампов для холодного комбинированного выдавливания полусферических деталей с фланцем на примере детали «Корпус шаровой опоры».
Объект исследования.
Процессы деформирования металлов в режиме холодной объемной штамповки.
Предмет исследования.
Комбинированное выдавливание полых полусферических деталей с фланцем из металлов в режиме холодной объемной штамповки.
Методы исследования.
Экспериментально-аналитические исследования процесса комбинированного выдавливания полусферических деталей с фланцем проводили на основе метода конечных элементов в программе QForm-2D\ Экспериментальные исследования выполнены с использованием современных испытательных машин и регистрирующей аппаратуры: гидравлического пресса модели EU100 со встроенной системой плавного управления скоростью перемещения ползуна и регистрирующей аппаратурой, и механического пресса К0032 с регистрирующей аппаратурой. Обработка опытных данных проведена с применением методов математической статистики.
Автор защищает:
-
результаты расчетов и экспериментальных исследований деформированного состояния и силовых режимов в процессе холодного комбинированного выдавливания для класса полых полусферических деталей с фланцем;
-
закономерности влияния технологических параметров и геометрии рабочего инструмента на силовые режимы исследуемых операций холодного комбинированного выдавливания для класса полых полусферических деталей с фланцем;
-
метод прямого измерения силы трения по стенкам цилиндрического контейнера;
-
технологический процесс комбинированного выдавливания полусферических деталей с фланцем на примере детали «Корпус шаровой опоры» из стали 10; производственные штампы для комбинированного выдавливания полусферических деталей с фланцем, обеспечивающие требуемое качество изделий, уменьшение трудоемкости и металлоемкости их получения, сокращение сроков подготовки производства новых изделий.
1 Сайт разработчиков: .
Научная новизна:
Получена аналитическая зависимость для расчета удельной силы
деформирования для процесса холодного выдавливания полой полусферической детали с фланцем на основе представленной математической модели.
Практическая значимость.
На основе выполненных теоретических и экспериментальных исследований:
-
выработаны рекомендации по выбору рациональной геометрии рабочего инструмента для холодного комбинированного выдавливания полых полусферических деталей с фланцем. Данные рекомендации исключают возникновение дефектов, сопутствующих процессам холодного комбинированного выдавливания полых полусферических деталей с фланцем;
-экспериментально определен показатель контактного трения при холодной деформации заготовок, покрытых смазкой семейства Bonderlube, методом осадки кольцевых образцов. Результаты экспериментов приняты фирмой Henkel inc. для реализации смазочного материала марки Bonderlube на российском рынке;
-
разработан и экспериментально проверен на работоспособность метод прямого измерения силы трения по стенкам цилиндрического контейнера. Предлагаемый метод принят к внедрению в учебный процесс;
-
получен тарировочный график «сила-глубина затекания» для алюминиевого сплава АД0, ГОСТ 4784-97, применимый к методу прямого измерения силы трения по стенкам цилиндрического контейнера;
-
разработан технологический процесс изготовления детали «Корпус шаровой опоры» методом холодного комбинированного выдавливания из стали 10. Спроектированы производственные штампы. Технологический процесс и конструкция штампов приняты к внедрению в производство.
Реализация работы. Разработанный технологический процесс изготовления детали «Корпус шаровой опоры» методом холодного комбинированного выдавливания был востребован ООО "Металл-ТехСтандарт", г. Москва в виду обеспечения конкурентоспособности выпускаемой продукции и перехода предприятия от изготовления детали «Корпус шаровой опоры» методом горячей объемной штамповки на изготовление данной продукции методом холодного комбинированного выдавливания. При использовании технологии холодного комбинированного выдавливания сокращаются затраты на приобретение дорогого материала и межоперационный нагрев заготовки, уменьшается количество отходов материала, сокращается трудоемкость изготовления, увеличивается качество поверхности изделия.
Отдельные результаты исследований использованы в учебном процессе при подготовке бакалавров по направлению 150400 «Технологические машины и оборудование» и студентов, обучающихся по направлению 150200 «Машиностроительные технологии и оборудование» специальности 150201 «Машины и технология обработки металлов давлением», и включены в разделы лекционных курсов «Теория обработки металлов давлением», «Листовая и объемная штамповка», а также использованы в научно-исследовательской работе студентов, при выполнении курсовых и дипломных проектов на кафедре «Кузовостроение и обработка металлов давлением» Федерального государственного бюджетного образовательного учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ)».
Связь темы диссертации с общегосударственными задачами.
Экспериментальные исследования по определению величины контактного трения по стенкам цилиндрического контейнера при пластической деформации алюминиевых сплавов проводили в рамках государственного контракта № 14.740.11.0584 «Исследование сопротивления сплавов системы Al-Mg-Si деформации в течение переходных процессов, инициированных пластической деформацией, при повышенных температурах» от 05 октября 2010 г.
Апробация работы.
Результаты исследований доложены:
-
на международном научном симпозиуме "Автотракторостроение - 2009", г. Москва, 2009;
-
на международной научно-технической конференции ААИ «Автомобиле- и тракторостроение в России: приоритеты развития и подготовка кадров", посвященной 145-летию МГТУ «МАМИ», г. Москва, 2010;
-
на 77-й международной научно-технической конференции ААИ «Автомобиле- и тракторостроение в России: приоритеты развития и подготовка кадров", г. Москва, 2012.
Публикации. Основное содержание работы изложено в 10 печатных работах, в том числе в 4 публикациях в ведущих рецензируемых изданиях, включенных в список ВАК.
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, 5 глав, основных выводов и приложений. Работа выполнена на 143 страницах машинописного текста, содержит 71 рисунков, 9 таблиц, список литературы из 104 наименований и 3 приложения.
