Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время перед машиностроением стоит необходимость повышения эффективности производства и качества получаемых изделий. В различных отраслях промышленности широкое распространение нашли сферические оболочковые изделия, в т.ч. и со сквозным отверстием, изготавливаемые методами обработки металлов давлением, к которым предъявляются высокие требования по качеству, точности геометрических размеров, чистоте поверхности, уровню механических свойств. В результате пластической деформации достигается не только необходимое формоизменение, но и формируются необходимые механические свойства (предел текучести, предел прочности, показатели пластичности) в зависимости от назначения изделия и условий его эксплуатации. Эти задачи следует решать при минимальном количестве технологических операций. Материалы, подвергаемые штамповке, как правило, обладают анизотропией механических свойств, обусловленной видом материала и технологическими режимами его получения, которая может оказывать как положительное, так и отрицательное влияние на устойчивое протекание технологических процессов обработки металлов давлением, в частности, операции обжима трубных заготовок.
Процессы пластического формоизменения материалов с учетом параметров анизотропии в настоящее время мало изучены. Таким образом, развитие теории обжима пустотелых шаровидных изделий из анизотропных материалов приобретает особую актуальность.
В качестве объекта исследования выбраны сферические оболочковые изделия из стали ШХ15, которые необходимо изготовить методом обжима за счет управления устойчивостью трубных заготовок. Данная группа изделий, например, головки шаровых пальцев автомобиля, шаровые
краны газопроводов, нефтепроводов и водопроводной арматуры широко
применяются в конструкциях машин и приборов в различных отраслях промышленности. Традиционная технология изготовления таких изделий механической обработкой из заготовок, получаемых литьем, объемной штамповкой и сваркой из нескольких сегментов, трудоемка и приводит к большим потерям металла.
Целью работы является совершенствование изготовления сферических оболочковых изделий из труднодеформируемых сплавов, штампуемых из трубных заготовок, обладающих анизотропией механических свойств, на основе разработки формоизменяющих операций с научно-обоснованными технологическими параметрами, обеспечивающих заданный комплекс эксплуатационных характеристик, а также снижение металлоемкости изделий и трудоемкости их последующей обработки.
Для достижения сформулированной цели были поставлены и решены следующие задачи:
разработать математическую модель деформирования трубных заготовок в условиях плоской задачи с учётом анизотропии механических свойств; получить основные уравнения и соотношения, необходимые для анализа напряженного и деформированного состояния заготовки и предельных возможностей формоизменения при деформировании трубных заготовок из анизотропного материала;
установить влияние анизотропии механических свойств, геометрических параметров заготовки и инструмента, степени деформации, условий трения контактных поверхностей инструмента и заготовки на напряженное и деформированное состояния заготовки и предельные возможности формообразования шаровых изделий при обжиме трубных заготовок;
выполнить экспериментальные исследования устойчивости трубных заготовок при реализации технологического процесса обжима;
- разработать рекомендации по расчету и проектированию технологи
ческих процессов изготовления шаровых изделий из трубных загото
вок.
Методы исследования. Теоретические исследования обжима выполнены с использованием основных положений теории упругой устойчивости и теории течения анизотропного тела. Анализ кинематики течения деформированного состояния заготовки при обжиме выполнен численно методом конечно-элементных соотношений с использованием ЭВМ. При проведении экспериментальных исследований использована универсальная испытательная машина «EU-100», обработка опытных данных осуществлялась с применением методов математической статистики.
Научная новизна заключается в:
связи величины и закономерности характера изменения радиального напряжения с относительными геометрическими размерами заготовки и детали, интенсивностью упрочнения материала и коэффициентом трения на контактных поверхностях;
математической модели деформирования трубных заготовок в условиях плоского напряженного состояния, учитывающей анизотропию механических свойств, упрочнение металла заготовок и условия трения на контактных поверхностях;
уравнениях и соотношениях, необходимых для анализа кинематики течения материала, напряженно-деформированного состояния заготовки и предельных возможностей формоизменения при операции обжима на основе статического критерия устойчивости;
экспериментальной зависимости характера потери устойчивости трубных заготовок, обладающих цилиндрической анизотропией, от геометрических соотношений заготовки и инструмента. Достоверность результатов обеспечена обоснованным использованием теоретических зависимостей, допущений и ограничений, корректно-
стью постановки задач, применением известных математических методов и подтверждается согласованием результатов теоретических исследований с экспериментальными данными, полученными как лично автором, так и другими исследователями, а также практическим использованием результатов работы в промышленности.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
в инженерной методике расчета полей напряжений в очаге деформации;
в создании математической модели устойчивости трубных анизотропных заготовок;
в разработке технологического процесса изготовления сферических оболочковых изделий из труднодеформируемых сплавов на основе созданной модели устойчивости трубных анизотропных заготовок. Реализация работы. Полученные результаты и рекомендации приняты к использованию на ФГУП «ГНПП «Сплав» в г.Тула, о чем свидетельствует Акт внедрения (см. Приложение 1 диссертации) и в учебном процессе кафедры «Системы пластического деформирования» ГОУ ВПО МГТУ «Станкин», при чтении курса лекций по дисциплине: «Технология листовой штамповки».
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили одобрение на четырех конференциях в том числе на Международной научно-технической конференции «Новые наукоемкие технологии, оборудование и оснастка для обработки материалов давлением» 26 - 28 апреля 2010 г., г. Краматорск (Украина); на X конгрессе «Кузнец - 2010» г. Рязань; на постоянно действующем научном семинаре кафедры «Системы пластического деформирования».
Публикации. Основные положения диссертации отражены в 6 публикациях, включая 2 в рецензируемых научно-технических журналах.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, библиографического списка из 113 наименований и приложения, включает 98 страниц основного машинописного текста, 45 рисунков и 13 таблиц. Общий объем - 119 страниц.
