Введение к работе
Актуальность работы. Машиностроение являсгся ведущей отраслью промышленности. Широкое применение в ее различных отраслях няходяї кольцевые и фланцевые детали. Примерами могут служить зубчатые колеса, кольца подшипников, детали фланцевых соединений труб.
Анализ форм деталей данного типа показал, что кольцевые и фланцевые детали отличаются большим разнообразием форм и размеров, условиями экенлуата-ции и производства, механическими свойствами металла заготовок, а при их изт товлении используются различные типы оборудования. Выбор того или иного способа изготовления определяется во многом от того, как решается задача максимального приближения формы и размеров полуфабриката к форме и размерам готовых деталей, что в конечном итоге ведет к увеличению КИМ, которое имеет первостепенное значение для решения проблем научно-технической) прогресса.
В решение поставленной задачи значительный вклад моїут внести современные технологии, основанные на методах обработки металлов давлением. 11ри проектировании операций, инструмента и оборудования, кроме экономической эффективности, технологов и конструкторов все больше интересуют технологические возможности процессов и их энергосиловыс параметры, определяющие мощность привода рабочих механизмов, габаритные размеры и массу оборудования. Последние обстоятельства вызвали значительный интерес к методам, основанным на локализации очага пластической деформации. К ним ошосятся: винтовая прокатка, прокатка валками, роликами, шариками, кольцевыми матрицами, торцовая раскатка, а также штамповка обкатыванием.
Работа посвящена исследованию одного из этих методов штамповке обкатыванием.
Штамповка обкатыванием выполняется на спепиялизировашгом и -ірадици-онном (базовом) кузнечно-прессовом оборудовании после его модернизации. Ло кализация очага пластической деформации достигается колебательным (обкатывающим) движением инструмента.
Возможность управления граничными условиями, создания различных схем напряженно-деформировапного состояния в локальных зонах, изменения харакге ра течения металла (вплоть до волнового), обеспечения относительно низких уровней остаточных напряжений и анизотропии механических свойств в нродоль ном и поперечном направлениях позволяют штамповать обкатыванием заготовки, упрочняющая термическая обработка которых (например, закалка и отпуск) вы полняется заранее. Заготовки после штамповки обкатыванием в полной мерс оіве чают термину «точные заготовки деталей».
Широкое промышленное освоение этого перспективного процесса сдержи вается из-за отсутствия единой теории, методик расчета техполошческих пара метров (энергосиловых, кинематических, предельных степеней деформации и др.), большого количества факторов, определяющих напряженно-деформированное со стоянке металла, а также из-за отсутствия соо гветствуюшего оборудования.
П»ОС НАЦИОНАЛЬНАЯ {
I ВИБЛИОТЕКА , {
Учитывая акіуальность вопроса интенсификации производства кольцевых и фланцевих ичделий, которые открываются с применением формообразующих операций штамповки обкатыванием, а также интерес дальнейшего исследования этого эффективного метода, была сформулирована цель работы.
Цель работы: разработать новые прогрессивные технологические процессы изготовления плоских кольцевых и флшщевых заготовок для последующего полупения из них деталей, обеспечивающие повышение надежности изделий, снижение расхода металла и трудоемкости изготовления.
Конкретные задачи работы:
-
Исследование характера течения металла при штамповке обкатыванием круглых в плане фланцев из квадратных и полосовых исходных заготовок.
-
Определение энергосиловых параметров формообразования при штамповке обкатыванием плоских кольцевых и фланцевых заготовок из квадратных и полосовых исходных заготовок.
-
Исследование процессов штамповки обкатыванием плоских кольцевых и фланцевых заготовок деталей из прутка.
-
Исследование совмещенных процессов рубки и штамповки обкатыванием плоских заготовок.
.*». Разработка технологии штамповки обкатыванием сложных по конфигурации фланцев на примере деталей газотурбинных двигателей (ГТД) типа «зубчатое колесо».
6.1'азработка методики проектирования технологических процессов изго-тонлепия фланцевых и кольцевых заготовок с использованием штамповки обкатыванием.
7. 1'азработка принципиального подхода к проектированию мощного оборудования для ниамповки обкатыванием широкой номенклатуры кольцевых и фланцевых заїтовок.
(Юнцам методика исследований. В работе использован комплексный подход, включающий теоретические, экспериментальные и технико-экономические исследования. Теоретические исследования проведены на основе теории обработки металлов давлением, методов аналитической геометрии, математического моделировании. Обработку результатов проводили на ПЭВМ. В экспериментальных исследованиях, осуществленных на производственном комплексе УНЦ «Технология» ИжІТУ, применялась современная измерительная и регистрирующая аппаратура. Результаты обрабатывались методами математической статистики.
Достоверность полученных результатов подтверждена сравнением теоретических и экспериментальных данных, а также на основе промышленного использования разработанных процессов. Па защиту выноси тем:
1. Результаты экспериментальных исследований характера течения металла при штамповке обкатыванием круглых в плане фланцев из квадратных и полосовых исходных заготовок.
-
Результаты исследования процесса штамповки обкатыванием кольцевых и фланцевых заготовок выдавливанием из прутка.
-
Результаты исследования комбинированных процессов рубки полосы и штамповки обкатыванием круглых заготовок, а также сложных по конфиіурациіі деталей для ГТД.
-
Методология проектирования малоотходных технологических процессов изготовления фланцевых и кольцевых заготовок с использованием штамповки обкатыванием.
-
Принципиальные подходы к проектированию мощного промышленное оборудования для штамповки обкатыванием широкой номенклатуры кольцевых л фланцевых заготовок.
і Научная новизна:
-
Разработана и экспериментально исследована схема и способ штамповка обкатыванием кольцевых и фланцевых заготовок деталей из прутка обратным вь -давливанием из контейнера. Эффективность данного способа определяется срав -нительно небольшими усилиями штамповки, уменьшением количества отходов металла и расширением номенклатуры штампуемых заготовок.
-
Проведено исследование комбинированных технологических процессов рубки и штамповки обкатыванием плоских заготовок. Установлено, что наиболее равномерное (без существенного перемещения металла в тангенциальном напраї -лении) заполнение круглого штампа достигается при оптимальной ширине поле -сы, обеспечивающей высокую точность дисков по высоте.
-
Впервые разработан и освоен технологический процесс штамповки обкг -тыванием фланцевой заготовки детали ГТД типа «зубчатое колесо» и спроектирс -вана технологическая оснастка для специализированного оборудования штампої -ки обкатыванием, исключающая возможность искажения тонкого полотна фланиа при удалении заготовки из штампа.
-
Разработаны и предложены методика, блок-схема и программное обеспечение проектирования технологического процесса изготовления кольцевых и фланцевых заготовок с использованием штамповки обкатыванием, позволяющие с достаточной точностью определять энерЬэсиловые параметры технологического процесса и геометрию инструмента для выбора соответствующего оборудования.
-
Предложены принципиальные подходы к проектированию мощного промышленного оборудования для штамповки обкатыванием.
) Практическая ценность. В ходе выполнения диссертационной работы в
' результате теоретических и экспериментальных исследований процессов unaiv-
повки обкатыванием кольцевых и фланцевых заготовок разработана ресурсосбер* -
> гающая технология получения заготовок для детали ГТД типа «зубчатое колесо»
из прутковой заготовки, коэффициент использования металла которой составляет 0,7 - 0,8, трудоемкость снижается на 20 - 40%; при этом существенно повышается производительность труда и снижается себестоимость продукции.
Разработанная методика проектирования технологических процессов штамповки обкатыванием кольцевых и фланцевых заготовок позволит определять энергосиловые параметры технологического процесса для выбора соответствующего оборудования, геометрию инструмента и обеспечить требуемую точность заготовок.
Способы и схемы штамповки обкатыванием кольцевых и фланцевых заготовок из прутка обратным выдавливанием из квадратных заготовок, а также применение комбинированных процессов рубки и штамповки обкатыванием плоских исходных заготовок позволят значительно уменьшить отходы металла.
Предложенные принципиальные подходы к проектированию мощного промышленного оборудования дают возможность создавать оборудование, способное проводить штамповку обкатыванием как плоских, так и прутковых заготовок.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались на Всероссийском научно-техническом семинаре «Перспективные процессы формообразования металлов с локально-подвижным очагом пластической деформации» (Ижевск, ИМИ, 1993г.), на Всероссийской межвузовской научно-технической конференции (Казань, КФМВАУ, 2004г.), на Всероссийской межвузовской научно-технической конференции «Электромеханические и внутрикамерные процессы в энергетических установках, струйная акустика и диагностика, приборы и методы контроля природной среды, веществ и материалов изделий» (Казань, КФМВАУ, 2005г.) работа представлялась на Всероссийской выставке «Авиадвигателестроение».
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 8 статей, получено 2 патента и одно авторское свидетельство на изобретение.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, общих выводов по работе, библиографического списка, включающего 106 наименований. Объем работы 133 страницы машинописного текста, включая 43 рисунка, 11 таблиц. Приложения состоят из актов, отражающих внедрение результатов работы, кода программы расчета параметров технологического процесса изготовления кольцевых и фланцевых заготовок (язык программирования — С ++) и конструкторской документации на технологическую оснастку.
