Введение к работе
Актуальность темы. В большом разнообразии сельскохозяйственных металлоконструкций, техники и оборудования, а также сетей мелиоративного водоотведения, важное значение в последнее время имеют быстромонтируемые металлические сооружения из оцинкованной стали различных марок, собираемые из волнообразных профилированных секций с помощью высокопрочных (также оцинкованных) болтов, гаек, сферических (или конусных) шайб и уплот-нительных полимерных прокладок (в случае необходимости).
К таким металлическим сооружениям, в частности, относятся зернохранилища силосного типа, предназначенные как для длительного хранения кондиционного зерна, так и для временного хранения (с вентиляцией и охлаждением) влажного зерна.
Качество сборки и многие функциональные параметры указанных сооружений в значительной степени зависят от конструкции, уровня технологического обеспечения производства и механических характеристик материала применяемых сферических шайб. Малоисследованными остаются проблемы научного обоснования рациональных технологических режимов, проектирования автоматизированных штампов для крупносерийного и массового производства сферических шайб высокого качества.
В связи с изложенным, проведение комплекса исследований по повышению эффективности технологического обеспечения холодного пластического формообразования сферических шайб является актуальной задачей.
Цель работы. Повышение эффективности холодного пластического формообразования сферических стальных шайб путем разработки двухопераци-онной технологии на основе результатов теоретических и экспериментальных исследований.
Для достижения указанной цели в работе были поставлены и решены следующие задачи исследования:
-
Определить рациональные силовые режимы первой операции пластического формообразования сферических шайб проведением теоретического силового анализа методом линий скольжения.
-
Экспериментально изучить закономерности влияния геометрических размеров инструмента и технологических параметров процесса формообразования на геометрию и качество изготовления сферических шайб путем проведения планируемого многофакторного эксперимента.
-
Разработать способ статистического прогнозирования величины эксцентриситета сферических шайб, изготавливаемых по предлагаемой и другим технологиям холодной штамповки, позволяющий на стадии проектирования штамповой оснастки оценивать показатели качества и уровень вероятности брака.
-
Разработать технологические основы массового производства и практические рекомендации по конструированию штампов для холодного пластического формообразования сферических шайб.
Объект исследования. Технологический процесс холодного пластического формообразования сферических шайб.
Предмет исследования. Теоретические, экспериментальные и статистические модели влияния различных факторов на параметры технологического процесса холодного пластического формообразования сферических шайб.
Методы исследования. Теоретические исследования, а именно - анализ напряженного состояния в пластической области при технологическом формообразовании основных конструктивных элементов сферической шайбы проведены аналитическим методом линий скольжения в осесимметричной постановке с использованием интегрального преобразования Лапласа - Карсона. Планируемые многофакторные экспериментальные исследования по установлению закономерностей влияния геометрических параметров инструмента и технологических параметров процесса на качество изготавливаемых шайб выполнены с использованием современных испытательных машин и регистрирующей аппаратуры. Статистическое модельное прогнозирование величины эксцентриситета и уровня вероятности брака сферических шайб проведено на основе статистического анализа одномерных массивов, множественного корреляционно-регрессионного анализа зависимостей между случайными величинами, статистических методов управления качеством продукции с помощью компьютерных программ «HiMath Computing Package» и «SPSS for Windows 13.0».
Положения, выносимые на защиту:
-
Математический аппарат аналитического описания полей линий скольжения для решения осесимметричных задач пластического деформирования.
-
Результаты теоретического силового анализа процесса осесимметрич-ного пластического формообразования сферических шайб методом линий скольжения.
-
Результаты многофакторного экспериментального исследования и соответствующие регрессионные модели влияния геометрических параметров инструмента и технологических параметров процесса пластического формообразования на качество изготавливаемых сферических шайб.
-
Разработанный способ статистического прогнозирования величины эксцентриситета и уровня вероятности брака деталей типа «шайба», изготавливаемых в штампах, на стадии проектирования штамповой оснастки и инструмента.
-
Практические рекомендации по разработке прогрессивной двухопера-ционной технологии изготовления сферических шайб и проектированию соответствующих двухпозиционных штампов.
Научная новизна: получены аналитические зависимости, позволяющие описывать распределение напряжений и силовые режимы при решении осесимметричных задач теории пластичности; установлены регрессионные уравнения, отражающие взаимосвязь геометрических размеров инструмента, технологических параметров процесса пластического деформирования с качеством изготавливаемых сферических шайб; выявлены закономерности формирования
эксцентриситета сферических шайб из исходных составляющих погрешностей.
Практическая ценность работы. Результаты теоретических и экспериментальных исследований, в том числе: аналитические результирующие уравнения, полученные методом линий скольжения; регрессионные модели регулирования качества конструктивных элементов сферических шайб; статистические модели оценки величины ее эксцентриситета и прогнозирования вероятности брака позволили сформулировать практические рекомендации по проектированию двухоперационных технологических процессов пластического формообразования сферических шайб и разработке конструктивных вариантов штампов для реализации предлагаемой технологии.
Реализация работы. Разработанные рекомендации использованы при проектировании технологического процесса изготовления на ОАО «Алексинст-ройконструкция» из полосы толщиной 4 мм коррозионно-стойкой стали 09Г2 сферических шайб наружным диаметром 35 мм для болтового соединения М18 волнообразных криволинейных металлических секций в водоотводные гофрированные трубы для прокладки вдоль автомобильных и железнодорожных магистралей. Возможность использования стандартного высокопрочного метиза с разработанными конструкциями сферических шайб взамен болтов и гаек со сферическими опорными поверхностями, изготавливаемых по специальному заказу, позволили сэкономить себестоимость одного погонного метра трубы на 10,8 %.
Отдельные результаты диссертационной работы используются в преподавании ученых дисциплин «Теория обработки металлов давлением» и «Технология листовой штамповки» на кафедре «Механика пластического формоизменения» Тульского государственного университета.
Апробация работы. Результаты исследований доложены на Междуна
родной научно-технической конференции «Автоматизация: проблемы, идеи,
решения (АПИР-13)» (Тула: ТулГУ, 2008, 2009), на Международной научно-
технической конференции «Прогрессивные методы и технологическое оснаще
ние процессов обработки металлов давлением» (Санкт-Петербург: БГТУ «Во-
енмех», 2009), на XXIX Российской школе по проблемам науки и технологий
(Миасс: Межрегиональный совет по науке и технологиям, 2009), а также на
ежегодных научно-технических конференциях профессорско-
преподавательского состава Тульского государственного университета (2007-2009).
Публикации. Материалы проведенных исследований отражены в 7 статьях, 4 тезисах и материалах международных, всероссийских и региональных научно-технических конференций, 1 положительном решении по заявке на изобретение объемом 4,9 печ. л.; из них авторских - 3,6 печ. л.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения и шести разделов, заключения, списка использованных источников из 137 наименований и включает 139 страниц машинописного текста, содержит 88 рисунков и 35 таблиц. Общий объем - 203 страницы.