Введение к работе
з
Актуальность работы. С бурным развитием современной науки и техники всё больше внимания уделяется разработке новых технологий, и последующему их внедрению с целью повышения уровня производства. Благодаря разработке новых технологических процессов появляется возможность получать изделия высокого качества с заданными эксплуатационными свойствами и с наименьшими затратами на их производство.
Холодная объемная штамповка (ХОШ) является одним из прогрессивных ресурсосберегающих методов получения изделий высокого качества. ХОШ получают ответственные детали с высокими и стабильными механическими свойствами, за счёт упрочнения и отсутствием рекристаллизации в металле. Технологические и экологические преимущества позволяют применять процессы холодной объемной штамповки вместо горячей штамповки, литья и механической обработки резанием при производстве широкой номенклатуры заготовок и деталей.
Холодная объемная штамповка обладает рядом преимуществ. Так как заготовки не нагреваются, на поверхности штампованных деталей не происходит образования окалины, обезуглероживания, обесцинкования и т.п., что улучшает качество поковок в целом и сокращает припуски на дальнейшую обработку, тем самым, увеличивая коэффициент использования металла. Благодаря ХОШ на штампуемых деталях отсутствуют надрезы, появляется направленность волокон вдоль конфигурации штампованной заготовки, улучшается микрогеометрия. Помимо экономии металла существенно снижается трудоёмкость и себестоимость деталей, высокий уровень автоматизации и механизации самих процессов.
Так же имеется и ряд недостатков при использовании процессов ХОШ. Самый главный недостаток - это высокое сопротивление пластической деформации и пониженная пластичность большинства металлов при комнатной температуре. Данный недостаток возникает из-за деформационного упрочнения металлов.
Использование комбинированных схем трёхстороннего выдавливания при изготовлении деталей типа втулка с фланцем повышает технологические возможности процессов штамповки за счет снижения энергетических затрат и сокращения количества технологических переходов. Но внедрение
комбинированных процессов холодного выдавливания на сегодняшний момент затруднено из-за малой изученности этих технологий и, как следствие, отсутствия информации в литературе.
Актуальность научной задачи.
Для повышения качества изделий и технологических возможностей ХОШ, необходимо развитие технологий заготовительного производства за счет изучения и освоения процессов комбинированного выдавливания, а также исследования влияния деформации на изменение механических свойств.
Цель работы.
Повышение качества осесимметричных деталей типа втулка с фланцем, получаемых холодным выдавливанием с учетом влияния деформации на изменение значения твёрдости.
Задачи исследования:
Провести моделирование методом конечных элементов (QForm-2D) процесса формообразования заготовки типа втулка с фланцем комбинированным трёхсторонним выдавливанием;
Разработать рекомендации по выбору оптимальной геометрии рабочего инструмента для комбинированного трёхстороннего выдавливания изделий типа втулка с фланцем;
Обосновать выбор марки стали для холодной объемной штамповки в зависимости от изменения значения твёрдости в процессе деформации. Провести анализ полученных данных и установить зависимость значений твёрдости от схемы напряженного состояния и величины деформации;
Разработать технологию холодного комбинированного трёхстороннего выдавливания изделия типа втулка с фланцем на примере детали «Корпус шарового пальца», входящей в сборочный узел шаровой опоры передней подвески легкового автомобиля.
Методы исследования.
Экспериментально-аналитические исследования комбинированного процесса трёхстороннего выдавливания в сужающийся канал проводились на основе метода конечных элементов в программе QForm-2D .
1 Сайт разработчиков: .
Экспериментальные исследования проводились при помощи метода координатной сетки, а для определения энергосиловых и деформационных параметров в процессе комбинированного выдавливания применялись современные измерительные приборы.
Научная новизна:
- получены зависимости управления процессом комбинированного
выдавливания за счёт изменения геометрии рабочего инструмента;
получена зависимость, устанавливающая влияние угла матрицы на процесс деформирования, конечную форму и размеры готовой детали, а также на силу деформирования при комбинированном процессе трёхстороннего выдавливания в сужающийся канал;
разработана методика прогнозирования дефекта металла (утяжина) и даны рекомендации по предотвращению появления данного дефекта при комбинированном трёхстороннем выдавливании деталей типа втулка с фланцем;
экспериментально доказано, что для ведения расчётов в качестве меры деформации максимальный сдвиг предпочтительнее, чем интенсивность деформации;
определена экспериментально зависимость значения твёрдости стали 10 от величины деформации и схемы напряженно-деформированного состояния.
Практическая значимость:
определены геометрические соотношения инструмента, обеспечивающие рациональные технологические режимы операции комбинированного трёхстороннего выдавливания в сужающийся канал;
- определены погрешности по геометрии и энергосиловым показателям
получаемой заготовки методом комбинированного выдавливания, сравнивая
данные полученные экспериментальным методом координатной сетки с
конечно-элементным моделированием в программе QForm-2D;
- определены зависимости значений твёрдости стали 10 от величины
деформации и схемы напряженно-деформированного состояния, выраженного
в показателе Лодэ-Надаи, благодаря чему появилась возможность
прогнозировать значение твёрдости деталей, получаемых холодной объёмной
штамповкой;
- получена количественная оценка размера дефекта металла (утяжина)
при комбинированном трёхстороннем выдавливании деталей типа втулка с фланцем;
- разработан технологический процесс комбинированного выдавливания
деталей типа втулка с фланцем на примере детали «Корпус шарового пальца»
из стали 10 с учетом изменения значения твёрдости. Спроектированы и
изготовлены: экспериментальная оснастка, производственные штампы.
Технологический процесс и производственные штампы приняты к внедрению в
производство на ООО «ЛМЗ-Универсал» (Пермский край, г. Лысьва); методика
расчета технологии принята к внедрению в учебный процесс.
Личный вклад соискателя заключается в следующем:
обоснование цели работы, разработка основных идей и методик исследований, постановка и решение задач диссертационной работы;
исследован процесс комбинированного выдавливания, установлены зависимости влияния геометрии рабочего инструмента на процесс комбинированного выдавливания, разработана технология производства осесимметричных деталей типа втулка с фланцем;
разработана конструкторская документация на экспериментальную и промышленную штамповую оснастку для выдавливания деталей с фланцем;
проведено моделирование процессов выдавливания осесимметричных деталей типа втулка с фланцем методом конечных элементов в программе QForm-2D при различной геометрии рабочего инструмента;
по результатам экспериментальных исследований установлена зависимость значений твёрдости стали 10 от величины деформации и схемы напряженно-деформированного состояния.
Вклад соискателя в работах, опубликованных вместе с соавторами, представлен в аннотациях к списку опубликованных работ по теме диссертации.
Апробация работы.
Результаты исследований доложены и обсуждены:
- научно-техническая конференция «Состояние, проблемы и перспективы
разработки корабельных информационно-управляющих комплексов
(эффективность, надежность, экономика)», г. Москва, 2007;
научно-техническая конференция «Состояние, проблемы и перспективы создания корабельных информационно-управляющих комплексов», г. Москва, 2008;
международный научный симпозиум «Автотракторостроение - 2009», г. Москва, 2009.
Публикации.
Основное содержание работ опубликовано в 7 печатных работах, в том числе 3 публикации в ведущих рецензируемых изданиях, включённых в список ВАК.
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка используемой литературы и приложений. Работа выполнена на 142 страницах машинописного текста, содержит 52 рисунка, 9 таблиц, список используемой литературы из 108 наименований.
