Введение к работе
Актуальность работы. Тарельчатые пружины широко используют в технике для гашения динамических и ударных нагрузок, возникающих в процессе работы машин (амортизаторы, буферные устройства и т.п.). Однако согласно многочисленным исследованиям и практическим испытаниям большой процент пружин в процессе эксплуатации при циклическом нагру-жении не выдерживает указанное в ГОСТ количество циклов (210 ). Разрушение происходит из-за формирования усталостных трещин в кромке отверстия и из-за износа их контактных поверхностей. Дефекты поверхности кромок пружины, появляющиеся в процессе типовой штамповки, ускоряют зарождение усталостных трещин. У стандартных пружин при эксплуатации возникают значительные по величине напряжения, вследствие этого снижается ресурс. Контактная поверхность пружины быстро изнашивается в связи с ее небольшой площадью. Для увеличения ресурса тарельчатой пружины необходимо уменьшить напряжения при эксплуатационной деформации, увеличить площадь контактной поверхности и исключить появление дефектов поверхности в процессе ее изготовления.
Уменьшение напряжений возможно путем оптимизации конструктивных параметров пружины, на основе результатов анализа НДС при сжатии в процессе эксплуатации. Отбортовка кромки пружины позволит увеличить площадь ее контактной поверхности. Для изготовления усовершенствованной пружины с оптимальными конструктивными параметрами необходимо изменить конструкцию штампового инструмента.
Типовой процесс изготовления тарельчатых пружин из ленты состоит из ряда операций. Вырубка по контуру, пробивка отверстия и формообразование конусной поверхности. При разделительных операциях на заготовке формируются дефекты, а именно острые кромки и заусенцы. Далее проводят механическую обработку кромок и упрочнение пружины. Наличие операции механической обработки повышает затраты на производство. Совершенствование технологии изготовления тарельчатых пружин, устраняющее операцию механической обработки кромок, позволит сократить затраты на производство и улучшить эксплуатационные характеристики пружины. Все вышеизложенное говорит об актуальности темы диссертации и позволяет сформулировать цель и задачи исследования.
Цель работы - совершенствование технологии изготовления с использованием эластичной среды в формообразующем пространстве штампового инструмента с целью повышения эксплуатационных характеристик тарельчатых пружин и снижения затрат на их производство.
Для достижения поставленной цели определены следующие основные задачи:
усовершенствовать технологию изготовления тарельчатых пружин за счет использования эластичной среды в формообразующем пространстве штампового инструмента;
разработать методику оценки эксплуатационных свойств тарельчатой пружины на основе математического моделирования процесса сжатия при эксплуатации пружины и оптимизации конструктивных параметров;
провести компьютерное моделирование и экспериментальное исследование технологического процесса холодной штамповки заготовки тарельчатой пружины инструментом с эластичной средой для определения параметров процесса и возможности изготовления пружины усовершенствованной конструкции;
разработать конструкцию промышленной штамповой оснастки кривошипного пресса для реализации предложенной технологии;
разработать конструкцию шарового шарнира, включающую в себя усовершенствованную тарельчатую пружину в качестве упруго элемента.
Основные положения, выносимые на защиту:
- технология изготовления тарельчатых пружин с использованием ин
струмента с эластичной средой;
- методика оптимизации конструктивных параметров тарельчатой
пружины.
Научная новизна работы состоит в следующем:
получены энергосиловые зависимости процесса штамповки и определен диапазон допустимых значений соотношения геометрических параметров элементов штамповой оснастки и заготовки для изготовления тарельчатой пружины, отличающиеся от существующих тем, что матрица содержит эластичный элемент;
разработана методика оптимизации конструктивных параметров тарельчатой пружины, обеспечивающая минимум величины напряжения при эксплуатации в кромке отверстия пружины;
на основе метода конечных элементов разработана математическая модель процесса упругого сжатия тарельчатой пружины в процессе эксплуатации с целью оценки ее свойств, определения напряжений в осевых сечениях пружины с учетом неравномерности их распределения.
Практическая значимость работы заключается в следующем:
усовершенствована технология изготовления тарельчатой пружины, позволяющая снизить затраты на производство, за счет устранения операции механической обработки кромок и снижения себестоимости рабочего инструмента;
разработана и изготовлена тарельчатая пружина усовершенствованной формы с криволинейной образующей в осевом сечении, со сниженной на 30% величиной напряжения в нижней кромке отверстия;
разработана конструкция шарового шарнира, обеспечивающая увеличение его срока службы за счет использования в качестве упруго элемента усовершенствованной тарельчатой пружины;
разработаны конструкции кривошипного пресса оснащенного гидропневматическими уравновешивающими устройствами и штамповой оснастки с эластичным элементом предназначенные для изготовления усовершенствованной тарельчатой пружины.
Реализация работы. Результаты работы приняты к внедрению в производство на предприятии ЗАО НПО «Белмаг». Результаты теоретико-экспериментальных исследований внедрены в учебный процесс ФГБОУ ВПО «МГТУ» факультетов «Технологий и качества» и «Механико-машиностроительного».
Апробация работы. Основные положения работы изложены и обсуждены на ежегодных конференциях МГТУ им. Г.И. Носова по итогам научно-исследовательских работ за 2006-2011 гг., на Международной научно-технической конференции «Создание и внедрение корпоративных информационных систем (КИС) на промышленных предприятиях Российской Федерации» (Магнитогорск, 2007 г.), на пятой Международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (Санкт - Петербург, 2008 г.), а так же на расширенном заседании кафедры «Информатики и информационных технологий» с приглашением специалистов ФГБОУ ВПО «МГТУ им. Г.И. Носова».
Публикации. Основные содержание диссертации изложено в 16 научных статьях, из них 4 в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК, одном патенте на полезную модель и двух свидетельствах о регистрации программ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы и трех приложений. Работа содержит 122 стр. машинописного текста, 53 рисунка, 4 таблицы. Список литературы содержит 106 наименований.
