Введение к работе
Актуальность темы. Повышение конкурентоспособности
современного машиностроения невозможно без создания новых и совершенствования действующих технологических процессов, позволяющих экономить материальные ресурсы, снижать энергозатраты, повышать производительность труда и точность обрабатываемых деталей.
Анализ действующих технологий холодной штамповки различных деталей из листового металла показал, что до 80 % их цены составляет стоимость металла. Поэтому разработка и внедрение технологий, направленных на уменьшение расхода материала, является одним из радикальных путей снижения себестоимости штампованных деталей и трудоемкости изготовления, при обеспечении показателей качества в принятых условиях работы.
Применение прогрессивных формообразующих технологий, а также расширение технологических возможностей известных методов, основанных на пластическом деформировании, позволяет увеличить коэффициент использования металла совмещением операций вытяжки и отбортовки при получении деталей из плоской заготовки с предварительно пробитым отверстием, размеры которого меньше размеров отверстия в дне готовой детали. Формообразование детали в этом случае осуществляется не только за счет пластического течения металла с периферийной фланцевой части заготовки (вытяжки), но и интенсивного деформирования внутренней (донной) ее части, примыкающей к отверстию (отбортовки).
Как показал обзор научно-технической литературы совмещение операций вытяжки и отбортовки используется в настоящее время только при производстве осесимметричных деталей. Вместе с тем для производства транспортных средств, оснащения автоматизированных складов в машиностроении и автомобилестроении прослеживается необходимость изготовления деталей коробчатой формы с отверстием в донной части. В автомобилестроении такими деталями являются светоотражатели фар. фитинговые элементы кузова, а в складском хозяйстве - коробчатые прокладки под стяжные болты, основания распорок и многие другие.
Традиционно такие детали изготавливают вытяжкой из плоской заготовки с последующей пробивкой отверстия требуемой формы и размеров, что сопровождается большим отходом металла
Цель работы. Повышение коэффициента использования металла при изготовлении коробчатых деталей квадратной формы с отверстием в донной части в совмещенных процессах вытяжки и отбортовки.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи.
1 .Разработать комплексную математическую модель совмещенных процессов вытяжки-отбортовки коробчатых деталей квадратной формы с
отверстием в донной части с учетом линейного закона упрочнения материала заготовки.
2.0ценить влияние основных технологических параметров на напряженно - деформированное состояние заготовки с отверстием, силовые режимы и предельные возможности при совмещении операций вытяжки и отбортовки.
3.Создать методику проектирования технологического процесса изготовления коробчатых деталей квадратной формы из заготовок с отверстием, размеры которого меньше размеров отверстия в донной части готового изделия.
4.Провести экспериментальные исследования при совмещенной вытяжке-отбортовке квадратных коробок с целью подтверждения достоверности результатов теоретического анализа.
5.Определить регрессионную зависимость предельного коэффициента отбортовки от относительной толщины материала заготовки и относительного диаметра пробиваемого отверстия.
б.Разработать практические рекомендации по совершенствованию
совмещенного процесса вытяжки-отбортовки коробчатых деталей
квадратной формы с отверстием в донной части в условиях
промышленного производства.
Методы исследования. Теоретические исследования базировались на основных допущениях и положениях теории листовой штамповки для формоизменяющих операций вытяжки и отбортовки, методах баланса работ и совместного решения уравнений статического равновесия и условия пластичности. Экспериментальные исследования проводились в лабораторных условиях кафедры материаловедения и обработки металлов давлением УлГТУ с применением методов математической обработки результатов измерений, регрессионного и корреляционного анализа на испытательных машинах МТЛ-10 Г-1 В, Р1-5 и прессе КД2320.
Автор выносит на защиту:
1.Методику проектирования технологического процесса вытяжки-отбортовки коробчатых деталей квадратной формы с отверстием в донной части, обеспечивающей при их изготовлении сокращение расхода штампуемого металла.
2.Результаты теоретических и экспериментальных исследований, полученные при анализе напряженного и деформированного состояния заготовки с отверстием в процессах вытяжки и отбортовки.
З.Расчетно-экспериментальные данные по предельным параметрам формоизменения при вытяжке-отбортовке в зависимости от геометрии заготовки и параметров процесса штамповки.
4.Практические рекомендации для применения процесса совмещенной вытяжки-отбортовки заготовки с отверстием при
изготовлении коробчатых деталей квадратной формы с отверстием в донной части.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1 .Разработаны технологические основы совмещенного процесса вытяжки-отбортовки при изготовлении коробчатых деталей квадратной формы с отверстием в донной части.
2.Разработана комплексная математическая модель штамповки листовых заготовок с отверстием, позволяющая определять характер напряженно-деформированного состояния и преобладающий вид формообразования при совмещении операций вытяжки и отбортовки.
3.Выявлены особенности процесса формоизменения листовых заготовок при изготовлении коробчатых деталей квадратной формы с отверстием в донной части совмещением операций вытяжки и отбортовки. Достоверность результатов исследований, научных положений и выводов базируются на физических представлениях процессов вытяжки и отбортовки, корректностью использования математического аппарата; применения известных аналитических методов решения задач штамповки; современными методиками проведения опытов и обработки экспериментальных данных; сходимостью теоретических и экспериментальных данных, полученных автором.
Практическая ценность работы. Разработаны методика проектирования и рекомендации по расчету технологических параметров совмещенных операций вытяжки и отбортовки листовых заготовок с отверстием в донной части, обеспечивающие интенсификацию технологического процесса, снижение нормы расхода металла и потребности металлопроката на годовую программу и позволяющие существенно повысить коэффициент использования металла по сравнению с традиционной технологией изготовления коробчатых деталей.
Реализация результатов работы. Предложенные рекомендации по расчету технологических параметров совмещенных операций вытяжки-отбортовки листовых заготовок с отверстием в дне использованы при усовершенствовании изготовления двух деталей автомобиля «УАЗ» «Панель боковины внутренняя передняя», «Ободок фар коробчатой формы». Для реализации процесса спроектирован штамп для изготовления полых коробчатых деталей с отверстием в донной части. Результаты работы планируются использовать при изготовлении коробчатых деталей автомобиля «УАЗ» на Ульяновском предприятии ОАО «УМЗ» при подготовке производства, что подтверждается актами о внедрении результатов диссертационной работы.
Теоретические результаты исследований используются в учебном процессе при чтении лекций по дисциплине «Технология производства КШО и штамповой оснастки». Материалы диссертационного исследования частично включены в учебные пособия, при проведении практических
занятий, курсового и дипломного проектирования в Ульяновском государственном техническом университете.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на 7 Международных и 8 Всероссийских конференциях, в том числе V МНТК «Материалы и технологии XXI века» (г. Пенза, 2007), 11-й МНТК «Процессы абразивной обработки, абразивные инструменты и материалы» (г. Волжский, 2007), 2-й МНТК «Современные достижения в теории и технологии пластической обработки металлов» (г. Санкт-Петербург, 2007), 10-й Юбилейной МНПК «Технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки» (г. Санкт-Петербург, 2008), на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава УлГТУ (г. Ульяновск, 2006, 2007, 2008, 2009, 2010), МНТК «Прогрессивные технологии и оборудование при обработке давлением» (Ульяновск, 2007), НПК «Современные технологии в машиностроении» (26-27 марта, ИАТУ, 2009).
Публикации. По материалам выполненных исследований опубликовано 25 статей и тезисов докладов, в том числе 5 статей в изданиях, рекомендованных ВАК. Получен патент на полезную модель № 69780, по материалам работы подготовлено три учебных пособия.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных результатов, списка использованных источников, приложения. Работа содержит 133 печатных страницы, включая 54 рисунка, 22 таблицы и приложения в виде графиков, таблиц и актов внедрения. Список использованных источников содержит 92 наименования.
