Содержание к диссертации
Введение
1. Повышение долговечности автомобилей на основе реновации ресурсоизношенных деталей 16
1.1. Динамика развития парка автомобилей за последние пять лет 16
1.2. Анализ потери работоспособности деталей автомобиля и установления дефекта на примере разжимного кулака тормозного механизма 24
1.3. Анализ продаж автомобилей в лизинг за последние годы 32
1.4. Технико-экономическая целесообразность реновации изношенных деталей автомобиля 35
1.5. Проблемы реновации деталей тормозной системы автомобильной техники 44
1.6. Анализ методов восстановления деталей машин 49
Выводы по главе и задачи исследования 53
2. Исследование степени износа рабочей зоны разжимного кулака 55
2.1. Исследование рабочей поверхности деталей после эксплуатации 62
2.2. Статистически - вероятностный анализ долговечности разжимных кулаков 64
2.3. Структура и свойства деталей с различной степенью поверхностного износа 71
Выводы по главе 81
3. Моделирование степени износа разжимного кулака при эксплуатации 82
3.1. Анализ работоспособности и степени износа разжимного кулака тормозного механизма при эксплуатации 82
3.2. Моделирование изменение геометрических параметров рабочей поверхности эвольвенты при эксплуатации автомобиля 92
Выводы по главе 103
4. Разработка методологии повышения долговечности разжимного кулака тормозной системы автомобиля 104
4.1. Разработка способа и устройства для восстановления изношенных разжимных кулаков 105
4.2. Компьютерное моделирование процесса восстановления разжимных кулаков 111
4.3 Расчет энергосиловых характеристик процесса восстановления 123
4.4. Технология восстановления изношенных деталей 129
4.5. Оценка надежности детали после восстановления 132
4.6. Экономическая эффективность разработанного метода реновации 135
Выводы по главе 142
Основные результаты и выводы 143
Библиографический список литературы 145
Приложение 161
1. Программа расчета износа детали 162
2. Акты эксплутационных испытаний 166
- Анализ потери работоспособности деталей автомобиля и установления дефекта на примере разжимного кулака тормозного механизма
- Статистически - вероятностный анализ долговечности разжимных кулаков
- Моделирование изменение геометрических параметров рабочей поверхности эвольвенты при эксплуатации автомобиля
- Компьютерное моделирование процесса восстановления разжимных кулаков
Введение к работе
Актуальность темы Автомобильный транспорт приобретает все возрастающее значение в социально-экономическом развитии России Он занял ведущее положение в удовлетворении постоянно растущих потребностей страны в перевозках грузов и пассажиров На долю автомобильного транспорта приходится свыше 80 % общего объема перевозок грузов (без трубопроводного), перевезенных всеми видами т ранспорта страны
Основные недостатки парка грузовых автомобилей предприятий отрасли «Автомобильный транспорт» - высокий средний возраст и несовершенная структура Только 14% автомобилей имеют срок службы до 5 лет, около 70% грузовых автомобилей полностью самортизированы и имеют срок службы более 10 лет Обновление грузового парка страны в 2005 г составило только около 5% Обновление ірузовьіх автомобилей в автотранспортных предприятиях отрасли в 2005 г было порядка 2,5% вместо 10% по нормативу В то же время, как и в предыдущие годы, списано более 15% парка
Решением проблемы поддержания стареющего парка автомобилей в технически исправном состоянии является обеспечение предприятий автомобильного транспорта запасными частями за счет восстановления изношенных деталей, позволяющее повторно, а иногда и многократно использовать определяющие ресурс автомобиля детали
В связи с этим следует отметить, что в настоящее время актуальной проблемой становится утилизация автомобиля Уже сейчас перед инженерами при разработке автомобилей стоит задача о том, чтобы после их утилизации оставалось как можно меньше отходов Перспективная цель - вторичное использование 85% материалов от сухой массы автомобиля Для новых моделей этот показатель должен быть достигнут к 2014 году
Восстановление изношенных деталей является эффективным методом, позволяющим успешно решать проблему запасных частей При этом на восстановление изношенных деталей меньше расходуется металла, электроэнергии и труда, чем на изготовление новых Реновацию изношенных деталей осуществляют следующими методами обработки сваркой, наплавкой, металлизацией, электролитическим покрытием, электроискровой и электромеханической обработкой, паянием, заливкой антифрикционными сплавами и полимерными материалами и редко используемым ме годом обработки пластической деформацией
Достоинства метода обработки пластической деформацией формоизменение происходит в штампах достаточно простой конст-
рукции на универсальном кузнечно-прессовом оборудовании с применением стандартных средств автоматизации и механизации, получение требуемой микроструктуры металла восстанавливаемой детали, получение экономического эффекта оправдывает применение данного метода
Цель диссертационной работы. Разработка метода для восстановления, на примере рабочего профиля разжимного кулака автомобиля КамАЗ
Задачи исследования. Реализация поставленной цели обусловила необходимость решения следующих основных задач
рассмотреть статистический анализ работоспособности и степени износа разжимного кулака в эксплуатации,
обосновать возможность повышение долговечности автомобилей на основе анализа технико-экономической целесообразности реновации изношенных деталей, тормозных систем автомобильной техники,
разработать методику моделирования процесса износа детали в эксплуатации,
разработать конструкцию промышленной установки и технологического процесса восстановления разжимного кулака пластическим деформированием,
дать экономическое обоснование технологии реновации изношенной детали
Объект диссертационного исследования - разжимной кулак тормозной системы автомобиля КАМАЗ
Предмет исследования метод и повышения долговечности деталей, разжимного кулака автомобиля КАМАЗ реновацией
Методы исследования В работе применены методы планирования эксперимента, статистического анализа, теории упругости и пластичности металлов Экспериментальные исследования проведены на гидравлическом прессе ZD-200
Достоверность и обоснованность Достоверность принятых в диссертационной работе решений подтверждается корректным применением основных положений механики процессов деформации, согласованностью результатов теоретических исследований с результатами экспериментов на натурных образцах
Научная новизна работы заключается в следующем
разработан метод прогнозирования потери работоспособности тяжелонагруженных деталей в эксплуатации в условиях абразивного износа, а также степень восстановления служебных свойств деталей после реновации,
с применением разработанной модели получена зависимость вероятности накопления, кумулятивных повреждений разжимного кулака тормозного механизма грузового автомобиля от количества циклов его эксплуатационного нагружения, позволяющая установить исчерпания ресурса разжимного кулака на усталостную прочность,
установлены аналитические зависимости между конструктивными признаками рабочего профиля разжимного кулака, степенью, характером эксплуатационных износов и служебных свойств,
выявлена рациональная форма и размер пуансона, глубина его внедрения при выдавливании полости, обеспечивающая ликвидацию накопленного при эксплуатации абразивного износа поверхности детали,
разработан способ восстановления изношенных деталей с выпуклой рабочей поверхностью рабочего профиля и устройство для его реализации
Практическая ценность Разработан метод восстановления детали типа «разжимной кулак» основанный на информационных технологиях с использованием пластической деформации, который позволяет восстановить изношенную деталь с характеристиками, близкими к характеристикам новой Экономический эффект от внедрения метода восстановления в расчете на срок внедрения 2,5 лет составляет 2471 тыс руб
Апробация работы Основные результаты работы докладывались на международных научно-технических конференциях «Прогрессивные технологии в современном машиностроении» (Пенза, 2007г), «Информатика и компьютерные технологии 2007» (Украина, Донецк, 2007г ), на заседании НТЦ ОАО КАМАЗ, на расширенном заседании кафедр «Сервис транспортных систем» и «Машины и технология обработки металлов давлением»
Публикации По теме диссертации опубликовано научных
работ, в том числе отправлена заявка на патент
Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 157 наименований, и 3 приложения Работа изложена на 153 страницах машинописного текста, содержащего 39 таблиц, 53 рисунка
Анализ потери работоспособности деталей автомобиля и установления дефекта на примере разжимного кулака тормозного механизма
В процессе эксплуатации первоначальные размеры, формы, объем, масса и механические свойства сопряженных деталей изменяются из-за изнашивания деталей, коррозии и других причин. Установлено, что при современном уровне техники - 85-90% машин выходит из строя в результате изнашивания деталей и только 10-15% по другим причинам.
Известно [56, 66], что износ рабочей поверхности кулачков распределительных валов двигателей вызывает увеличение динамических нагрузок, падение мощности двигателя, что в конечном счете снижает надежность и долговечность двигателя.
В процессе эксплуатации зубчатых передач происходит зарождение усталостных трещин, выкрашивания и износ рабочих поверхностей в зонах контакта зубьев. Это вызывает перераспределение нагрузок в зоне зацепления, повышает шум зубчатых передач и нередко приводит к поломке деталей [49].
Износ цилиндропоршневой группы приводит к снижению компрессии, увеличению расхода топлива, снижению мощности и загрязнению окружающей среды продуктами горения топлива [96].
В кривошипно-шатунных механизмах повышенный износ наблюдается на шатунных шейках коленчатого вала, вызывающий дисбаланс механизма, что вызывает проворот шатунных вкладышей и может служить причиной поломки шатуна. Кроме того увеличивается зазор в местах контакта вследствие износа. Это приводит к снижению ресурса работы механизма и двигателя в целом [66].
Анализируя работу деталей подвески и тормозной системы следует выделить наиболее ответственные детали. Таковыми являются шаровый палец, разжимной кулак и рулевые тяги. Лимитирование работоспособности ряда деталей является их коррозия в процессе эксплуатации за счет контакта с водой и агрессивными средами. Шаровые пальцы и разжимные кулаки в процессе эксплуатации подвержены интенсивному износу, что снижает эффективность работы тормозной системы и рулевого механизма. Однако до настоящего времени в литературе отсутствует информация по методологии повышения долговечности деталей тормозного механизма грузовых автомобилей, одной из которых является разжимной кулак.
Для оценки технического состояния разжимного кулака тормозов с последующей их сортировкой на группы годности в ремонтном производстве имеется, в отличие от остальных машиностроительных производств, операция, которая носит название дефектации. В ходе этого процесса осуществляется проверка соответствия детали техническим требованиям, которые изложены в технических условиях на ремонт или в руководствах по ремонту, при этом используется сплошной контроль, т.е. контроль каждой детали. Кроме того, дефектация деталей - это также инструментальный и многостадийный контроль [53, 62, 74].
Детали после мойки и сушки подвергаются контролю и сортировке на годные без восстановления, подлежащие восстановлению и выбраковке за негодностью. Контроль производится в соответствии с техническими условиями на контроль и сортировку деталей. К годным без восстановления относятся детали, износ которых лежит в пределах допускаемых величин, не препятствующих дальнейшему их использованию (детали с допустимым износом). Детали, износ которых выше допустимого, но не относящиеся к группе негодных, подлежат восстановлению и дальнейшему использованию. По окончании контроля они направляются в склад накопления деталей и далее по соответствующим цехам для восстановления.
В процессе дефектации деталей применяются следующие методы контроля: органолептический осмотр (внешнее состояние детали, наличие деформации, трещин, задиров, сколов и т.д.); - инструментальный осмотр при помощи приспособлений и приборов (выявление скрытых дефектов деталей при помощи средств неразрушающего контроля); - бесшкальных мер (калибры и уровни) и микрометрических инструментов (линейки, штангенинструменты, микрометры и т.д.) для оценки размеров, формы и расположения поверхностей деталей.
Контролю в процессе дефектации подвергаются только те элементы детали, которые в процессе эксплуатации повреждаются или изнашиваются.
Контрольные операции проводятся визуально и при помощи инструмента, а в отдельных случаях и приспособлениями. Визуально проверяется общее техническое состояние разжимного кулака тормозов, и выявляются внешние дефекты. С помощью инструментов проверяются размеры деталей или отклонения геометрической формы. Обнаружение же скрытых дефектов - при помощи дефектоскопа.
На основе контроля производится сортировка деталей по группам с маркировкой группы соответствующей краской. Результаты контроля и сортировки деталей заносят в дефектовочную ведомость, служащую основанием для выдачи годных деталей со склада и выдачи наряда на работы по восстановлению изношенного разжимного кулака тормозов.
Сортировка разжимного кулака тормозов, подлежащих восстановлению, осуществляется в соответствии с действующей на данном предприятии формой организации технологического процесса восстановления разжимного кулака тормозов — подефектной или маршрутной технологии.
Контроль диаметральных размеров шеек, внешнего диаметра шлицев производится скобами. Проверка диаметра шлицев также может производиться специальным кольцом. Контроль профильных поверхностей производится скобами или шаблонами [80, ПО, 120].
На заводах с большой производственной программой контроль и сортировку деталей производят преимущественно предельным инструментом, что в большей мере способствует повышению производительности труда.
Наряду с контролем размеров и геометрической формы разжимного кулака тормоза весьма важно установить и наличие в них скрытых дефектов в виде различного рода поверхностных и внутренних трещин. Последнее особенно необходимо в связи с тем, что деталь влияет на безопасность при эксплуатации автомобиля. Контроль скрытых дефектов может производиться различными методами: магнитной, люминесцентной и ультразвуковой дефектоскопиями. Контроль рентгеновскими лучами не нашел распространение в авторемонтном производстве. Все указанные методы позволяют обнаружить скрытые дефекты в деталях без повреждения последних.
Статистически - вероятностный анализ долговечности разжимных кулаков
Для оценки долговечности разжимных кулаков в условиях эксплуатации была собрана статистическая информация. Сбор информации осуществлялся в результате наблюдений за подконтрольными партиями автомобилей в ООО «КамАвтодор» (г. Набережные Челны). Контролю подверглись 180 автомобилей семейства КамАЗ, при этом их суммарный годовой пробег составил 5,742 млн. км. Прошедшие эксплуатацию в агропромышленном комплексе; среднесуточный пробег- ПО км.
Информация по показателям долговечности, полученная в процессе эксплуатации, может содержать ошибочные точки, не соответствующие закону распределения случайной величины. Поэтому во время математической обработки информацию проверили на выпадающие точки согласно неравенствам: tmaK l + 3 7min t-3c7. (2.6)
Окончательно после исключения выпадающих точек полученный статистический ряд долговечности разжимных кулаков тормозного механизма представлен в табл. 2.1.
Для выравнивания распределений показателей долговечности автомобильной техники и ее элементов наиболее широко используют закон нормального распределения (ЗНР) и закон распределения Вейбулла (ЗРВ) [55, 131].
В первом приближении теоретический закон распределения выбирают по коэффициенту вариации. При F 0,30 выбирают ЗНР, а при F 0,30 - ЗРВ. Если значение коэффициента вариации находится в интервале 0,30...0,50, то выбирают тот закон распределения (ЗНР или ЗРВ), который лучше совпадает с распределением опытной информации. Исходя из этого, для выравнивания опытной долговечности разжимных кулаков тормозного механизма используем закон нормального распределения (ЗНР).
Оценим совпадение опытного и теоретического законов распределения показателей долговечности по критерию согласия. Для этого определим степень совпадения в интервалах статистического ряда: опытной вероятности и дифференциальной функции, накопленной опытной вероятности и интегральной функции. Степень совпадения свидетельствует о том, что выбранный закон не противоречит опытному распределению.
При обработке информации по показателям долговечности автомобильной техники наиболее часто применяют критерий согласия Пирсона х1 определяемый по уравнению t = 3pZ i, (2.11) где ny - число интервалов укрупненного статистического ряда; пі; -опытная частота в і-м интервале статистического ряда; mTi - теоретическая частота в і-м интервале. mr/= [F(g-F( )], (2-12) где N - число точек информации; F(t) и F(tt.i) интегральные функции /-го и (/-/) интервалов статистического ряда, соответственно. Для определения значения критерия согласия Пирсона строят укрупненный статистический ряд, при соблюдении условия: пу 4, ті 5. При этом допускается объединение соседних интервалов, в которых ті 5. Полученный статистический ряд удовлетворяет приведенным условиям.
Понижение твердости поверхности упрочненного слоя, по-видимому, связано с разогревом при эксплуатации поверхности детали в зоне контакта с подвижными роликами, что приводит к отпускным процессам закаленных структур (рис. 2.13 — 2.15). Такие процессы протекают на глубину от 0,3 до 0,9мм, что при дальнейшей работе приводит к ускоренному износу детали в эксплуатации и снижает эффективность торможения автомобиля.
Подтверждающим фактором вышесказанного является измененное структурное состояние упрочненного слоя вблизи поверхности (рис. 2.16 -2.18) по отношению к структуре детали до эксплуатации, а также к структуре закаленного слоя на расстоянии более 0,3мм (зона I) и более 1,2мм (зона II и III) [161, 166].
1. Выполнен анализ работы тормозного механизма автомобиля «КАМАЗ» и установлены детали, лимитирующие его долговечность и эффективность, таковой является разжимной кулак.
2. На основе комплексных исследований структуры и геометрических размеров разжимных кулаков выявлена закономерность износа по эвольвенте поверхности головки детали и показано, что зона максимального износа располагается под углом 90 по отношению к осевой линии.
3. Средний ресурс разжимного кулака составил, с учетом доверительных границ 96,81... 101,19 тыс. км, при коэффициенте вариации 0,2. Полученная информация позволяет прогнозировать потребность в запасных частях и объем деталей данного наименования подлежащих восстановлению.
4. Установлены структурные и фазовые изменения в зоне контакта деталей (разжимной кулак - ролик), приводящие к уменьшению твердости поверхности кулака. Эти изменения связаны с нагревом детали в зоне контакта, что вызывает ускоренный износ головки кулака при эксплуатации за счет интенсивного абразивного износа рабочей зоны, за счет отпускных процессов в результате нагрева поверхностного слоя. Снижается твердость поверхности по отношению к новой на 50-60%.
Моделирование изменение геометрических параметров рабочей поверхности эвольвенты при эксплуатации автомобиля
При торможении автомобиля разжимной кулак поворачивается и разводит тормозные колодки, прижимая их к барабану. В момент, когда произошло прижатие тормозной колодки к барабану, разжимной кулак блокируется, дальнейший его поворот не возможен.
Максимальный угол поворота нового разжимного кулака (Зо = 81(рис. 3.7, а). Точка прикосновения эвольвенты разжимного кулака с колодкой, при котором произошла блокировка, точка A(R = 37,50мм, ао = 90) (рис. 3.11 — линии, изменения радиусов эвольвенты детали до и после эксплуатации, представленные в прямоугольной системе координат, по оси абсцисс отложено значение угла а разжимного кулака в град, по оси ординат радиус эвольвенты разжимного кулака R в мм).
Для анализа зависимости угла поворота разжимного кулака от износа были проведены обмеры ста восьмидесяти изношенных деталей автомобилей прошедшие эксплуатацию в агропромышленном комплексе с пробегом -100000км. Эти данные представляют собой координаты девяти точек изношенной поверхности (линия II, рис. 3.11). Проблему составляет то, что точка В, точка прикосновения изношенной поверхности разжимного кулака с колодкой, при которой произошла блокировка, не совпадает с измеренными точками, а лежит между ними, и для нахождения этой точки необходимо составить модель износа разжимного кулака [37, 116, 123].
Задача моделирования износа разжимного кулака, заданного табличной функцией (табл. 3.1) сводится к задаче интерполяции. В данном случае интерполяция - это проведение гладкой кривой по заданным точкам. Для решения задачи интерполяции широко используются кусочно полиномиальные функции, идея которых заключается в предположении, что на участке между двумя соседними точками (узлами) функция описывается полиномами (многочленами) одной степени. Для нахождения этих коэффициентов необходимо составить систему уравнений, количество уравнений не должно быть меньше количества неизвестных. Данная система получается подставлением координаты (R,S(R)) измеренных точек в ранее описанные выражения, при этом получим следующую систему 2J линейных алгебраических уравнений для нахождения неизвестных коэффициентов dj, bj, Cj, dj .
Изменение геометрических параметров рабочей поверхности разжимного кулака полученная с использованием модели (А) и результаты экспериментальных данных (о). Теперь по имеющейся модели износа разжимного кулака можем определить координату точки В прикосновения кулака с колодкой, при котором произошла блокировка кулака. Исследования показали, что блокировка происходит при размере кулака R = 37,5мм. Эта величина находится в интервале R є [37,35;40,35]. Данному интервалу соответствует шестое выражение участка кубического интерполяционного сплайна. Подставив в него (3.3) значение R = 37,5мм, найдем угол ат: а00=3170,4-244,71-37,5 + 6,4158-37,52-0,055288-37,53= 100,4. Тогда изменение угла поворота разжимного кулака, которое произошло в результате износа, будет равно: Аа= ат- а0 = 100,4-90 = 10,4. Угол поворота изношенного кулака рт=0о+Аат =81 + 10,4 = 91,4. Такой способ определения углов поворота очень трудоемкий, поэтому для облегчения вычислений будем использовать алгоритмы программного обеспечения MATHLAB. Обращение к функции, строящей сглаженный сплайн, имеет вид: output = csaps(x,y,p,xx,w); где х и у — аппроксимируемые данные; р - параметр сглаживания (о р 1); хх — контрольные точки ("длинный вектор"); w — вектор весов (по умолчанию заполнен единицами). При р = 0 получается линейная функция, обеспечивающая минимум суммы квадратов отклонений в узловых точках, при р = 1 — обычный кубический сплайн.
Тип выходной переменной output зависит от способа обращений к функции csaps. Если обращение содержит параметр хх, то output представляет собой вектор значений сплайна в контрольных точках (т.е. фактически это уу). Если же обращение имеет сокращенных! вид output = csaps (х,у,р) или хх = [ ], то output — кусочно-полиномиальная форма. Расчеты приведены в приложении.
Чрезмерное увеличение износа разжимного кулака ведет к увеличению зазоров между накладкой и барабаном, что влечет за собой следующие нежелательные последствия: снижается быстродействие и синхронность работы тормозного привода; уменьшается эффективность и бортовая равномерность торможения; повышается расход рабочего тела (сжатого воздуха).
1. Выполнен анализ работоспособности и степени износа разжимного кулака от пробега автомобиля. Установлено, что максимальная величина износа достигает 3,25мм на выпуклой поверхности эвольвенты головки кулака при пробеге автомобиля 98 тыс. км, что вызывает увеличение угла поворота детали по отношению к новому изделию на 9, что снижает эффективность процесса торможения.
2. Разработана модель работы разжимного кулака в тормозном механизме, которая позволяет спрогнозировать степень износа по эвольвенте в зависимости от пробега автомобиля. Использование данной модели позволяет исключить случаи снижения эффективности торможения. Математическая модель расчета степени износа показала незначительные расхождения (менее 10%) с экспериментальными данными.
Компьютерное моделирование процесса восстановления разжимных кулаков
Сегодня не вызывает сомнений, что прогресс достигается только там, где максимально удается внедрить современные информационные технологии. Симбиоз технологий - информационных и производственных - позволяет добиться высочайшего качества, производительности и технологичности. Не является исключением и металлургическое производство, особенно такое сложное и разнообразное по номенклатуре, как автомобилестроительное.
Период технического развития металлургического производства в самом конце XX века характеризовался интенсивным освоением информационных технологий, в том числе для оперативного обмена информацией, проектирования технологий горячей обработки давлением, термообработки, изготовления изделий из резины и пластмассы, приспособлений для гальваники, а также автоматизированного проектирования печного оборудования и оснастки.
Сегодня активно развиваются системы численного моделирования процессов, эффективные для анализа пластического формообразования, разработки новых технологий и оценки качества металлопродукции. На сегодняшний день наиболее известны пакеты прикладных программ для математического моделирования технологических операций обработки металлов давлением: DEFORMTM 2D/ DEFORMTM 3D, ANT ARES, MARC/Autoforge, MSC/SuperForge, MSC/SuperForm (США); Forge 2/ Forge 3 (Франция); PAFIMD, ШТАМП, QForm 2D/3D (Россия).
QForm 3D - уникальная по простоте использования и эффективности программа для моделирования, анализа и оптимизации объемной штамповки. Программа предназначена для технологов и конструкторов штампов. Она позволяет получить большой экономический эффект за счет сокращения времени разработки технологии, исключения пробных штамповок и экономии металла. QForm обеспечивает автоматическое формирование расчетных моделей (разбиение на конечные элементы), что позволяет обеспечить высокую точность расчета.
Применение системы QForm при проектировании металлоизделий сложной геометрии позволяет значительно снизить, а в ряде случае и исключить доводку и повторное изготовление инструментальной оснастки, сократить срок освоения и снизить материальные издержки на подготовку производства.
При определении параметров формы инструмента для восстановления разжимного кулака были проанализированы несколько прототипов пуансонов и на основе моделирования был выбран наиболее удачный вариант. Отличительной особенностью способа восстановления пластическим деформированием является целенаправленное изменение размеров и свойств металла восстанавливаемой детали выбором рационального термомеханического режима формообразования [157] и низкая трудоемкость процесса.
Создание направленных потоков в зоны износа при пластической деформации достигается изменением формы внедряемого инструмента, вариацией контактных условий на границе деталь-инструмент и применением неравномерного нагрева деталей. Влияние формы внедряемого инструмента на формоизменение детали можно рассмотреть на примере операции прошивки в программе QFORM.
Материал заготовки - «Сталь 45», температура деформации — 900С, смазочное вещество — графит с водой. Оборудование — гидравлический пресс. Заготовка - цилиндр с высотой (Н), равной диаметру (D).
Для удобства анализа формоизменения при прошивке построены графики контуров деталей (рис. 4.8) при одной и той же глубине внедрения и диаметре пуансона, наложенные на контур заготовки 1 (черная линия). Цвет полученного контура детали при прошивке соответствует цвету внедряемого пуансона на рис. 4.7. Как видно из графиков, в зависимости от места износа детали можно спроектировать инструмент, позволяющий восстанавливать первоначальную форму детали.
При восстановлении разжимного кулака необходимо получить наиболее приближенную форму боковой поверхности головки изношенного кулака к форме головки новой детали. Анализируя графики на рис. 4.8, видим, что наиболее ровную боковую поверхность, близкую к цилиндрической, дает внедрение пуансона № 4 (наиболее отчетливо это видно при внедрении пуансонов на 70%). Следовательно, торец пуансона для восстановления кулака должен иметь шаровидную форму. Однако, судя по тем же графикам, сам пуансон цилиндрическим быть не может, так как при этом течение металла является осесимметричным, а не направленным только в сторону изношенной поверхности. Для определения формы боковой поверхности пуансона было проведено моделирование внедрения квадратного, цилиндрического треугольного и трапециевидного пуансонов в куб (таблицы 4.1-4.4). Черной линией представлен контур заготовки до внедрения.
Из вида сверху следует, что при внедрении всех пуансонов из-за наличия сил контактного трения форма образцов приобрела бочкообразную форму. При этом при внедрении квадратного пуансона заготовка сохранила свою форму близкой к кубу. При этом при внедрении треугольного и трапециевидного пуансонов заготовка на виде сверху стала трапециевидной, а при внедрении цилиндрического пуансона форма заготовки на виде сверху стала стремиться к кругу. Из этого следует: 1. Форма передней поверхности пуансона (поверхность пуансона со стороны восстанавливаемой поверхности детали) должна быть эквидистантна восстанавливаемой поверхности. 2. Форма задней части пуансона (со стороны поверхности детали, которая не нуждается в деформировании) должна быть плоской.
