Содержание к диссертации
Введение 2
1. Современное состояние теории и практики изготовления деталей из трубчатых заготовок методами пластического деформирования 6
1.1. Общая характеристика процессов деформирования трубчатых заготовок 6
1.2. Свободное дорнование трубчатых заготовок 8
1.3. Свободное редуцирование трубчатых заготовок 24
1.4. Несвободное пластическое деформирование трубчатых заготовок 25
1.5. Ротационная обработка поверхностей трубчатых заготовок 28
1.6. Выводы , 30
1.7. Цель и задачи исследований 32
2. Механика контактного взаимодействия дорна с заготовкой при свободном дорновании отверстий 33
2.1. Напряженно-деформированное состояние при дорновании 33
2.2. Геометрия очага деформации 48
2.3. Обобщенная схема деформации трубчатой заготовки, взаимодействующей с конусом инструмента (дорна) 52
2.4. Деформации на вне контактных пластических участках 71
2.5. Напряженно-деформированное состояние на участке контактного взаимодействия инструмента с заготовкой 84
2.6. Выводы 92
3. Моделирование процессов дорнования отверстий трубчатых заготовок 93
3.1. Общие положения 93
3.2. Конечно—разностная постановка задачи определения упругих деформаций при локальном нагружении осесимметричного тела 345
3.3. Моделирование за пределами упругости 98
3.4. Моделирование процессов свободного дорнования отверстий 104
3.5. Методика моделирования процесса дорнования отверстий в составных (многослойных) цилиндрах 112
3.6. Выводы 115
4. Влияние технологической схемы пластического деформирования трубчатых заготовок на деформационные и энергосиловые параметры процесса 116
4.1. Свободное дорнование отверстий 116
4.1.1. Упругие деформации после прохода дорна 116
4.1.2. Остаточные деформации 122
4.1.3. Размеры деталей после дорнования отверстия заготовки 124
4.1.4. Сила дорнования 130
4.2. Дорнование в обойме 140
4.2.1. Дорнование по схеме сжатия 141
4.2.2. Дорнование по схеме растяжения 142
4.2.3. Сила дорнования в обойме 143
4.2.4. Экспериментальные исследования силы дорнования 144
4.2.5. Исследование деформаций 145
4.3. Редуцирование трубчатых заготовок 157
4.3.1. Обобщенная схема деформации 157
4.3.2. Закономерности деформации в передней упругой зоне 158
4.3.3. Передняя вне контактная пластическая зона 161
4.3.4. Задняя вне контактная пластическая зона 162
4.3.5. Участок контакта инструмента с заготовкой 162
4.3.6. Экспериментальные исследования процесса редуцирования 164
4.4. Выводы 168
5. Точность и качество обработки поверхностей при изготовлении деталей из трубчатых заготовок пластическим деформированием 170
5.1. Свободное дорнование отверстий 170
5.1.1. Точность размеров отверстий в поперечных сечениях 172
5.1.2. Точность формы отверстий в поперечных сечениях 183
5.1.3. Точность профиля продольного сечения 188
5.1.4. Точность наружной поверхности заготовок 199
5.1.5. Экспериментальные исследования точности обработки 200
5.1.6. Исследования формы оси отверстия 203
5.1.7. Методы управления деформациями и точностью обработки трубчатых заготовок дорнованием 205
5.1.8. Качество поверхностей обработанных заготовок 209
5.1.9. Регулирование остаточных напряжений 224
5.1.10. Шероховатость и твердость поверхностей 232
5.2. Точность и качество обработки заготовок в обойме 234
5.3. Выводы 238
6, Развитие ресурсосберегающих технологий изготовления деталей из трубного и листового проката 240
6.1. Деформационные технологии изготовления многослойных изделий : 240
6.1.1. Конструкции многослойных изделий 240
6.1.2. Механика формообразования составных цилиндров 242
6.1.3. Оптимизация размеров элементов составных цилиндров 243
6.1.4. Натяг и давление в соединении составного цилиндра 247
6.1.5. Влияние упрочнения на размеры элементов составного цилиндра 248
6.1.6. Экспериментальные исследования составных цилиндров 249
6.2. Дорнование свернутых втулок в обойме 260
6.2Л. Особенности технологии обработки свернутых втулок 260
6.2.2. Типы заготовок свернутых втулок 260
6.2.3. Эксплуатационные свойства соединений 267
6.3. Ротационное дорнование отверстий 273
6.4. Последовательное дорнование и редуцирование 281
6.4.1 Практические задачи дорнования и редуцирования трубчатых заготовок 281
6.4.2. Разностенность трубчатых заготовок 281
6.4.3. Точность трубчатых заготовок при последовательной обработке поверхностей дорнованием и редуцированием 287
6.4.4. Упрочнение материала при последовательной обработке дорнованием и редуцированием 289
6.4.5. Остаточные напряжения в заготовках, обработанных дорнованием и редуцированием 289
6.5. Методика проектирования процессов дорнования отверстий 290
6.5.1. Общий план проектирования процесса дорнования 290
6.5.2. Выбор варианта технологического процесса 291
.6.5.3. Выбор заготовок 292
6.5.4. Конструкции замковых элементов трубчатых заготовок 297
6.5.5. Определение натяга на первый зуб многозубого дорна 302
6.5.6. Стратегия проектирования многозубого дорна 304
6.5.7. Оптимальная геометрия многозубого дорна 306
6.6. Пример практического моделирования процесса дорнования отверстий трубчатых заготовок 307
6.7. Новая технология и комплекс оборудования для производства калиброванных труб 313
.6.8. Выводы 317
Заключение. Общие выводы 318
Список использованных источников 321
Приложения 3
Введение к работе
Исследования и практика эксплуатации машин показывают, что для обеспечения надежности изделий в течение длительного времени наиболее эффективными методами повышения качества поверхностей широкого круга деталей в машиностроении являются упрочняюще-чистовые и формообразующие методы, основанные на деформационном механизме формирования поверхностного слоя. Так, в производстве ответственных деталей типа гильз, корпусов гидравлических и пневматических цилиндров, втулок, колец широко применяются процессы дорнования отверстий. Проскуряков Ю.Г., Розен-берг О.А., Монченко В.П. и другие исследователи приводят многочисленные примеры успешного внедрения этих процессов в производство деталей автомобилей, тракторов, комбайнов, авиационной техники [27, 89, 95, 122, 124].
Изделия различных конструкций из трубчатых заготовок нередко используются для работы в условиях повышенных нагрузок. Например, корпуса гидравлических цилиндров подвергаются внутреннему давлению в десятки и даже сотни мегапаскалей. Прочность материала таких изделий можно существенно повысить пластическим деформированием. Весьма эффективны составные конструкции корпусов, состоящие из двух и более концентрично посаженных друг на друга цилиндров, скрепленных внутренними силами упругости. Наиболее перспективным методом сборки составного корпуса является дорнование отверстий.
В машиностроении применяется большое количество деталей, рабочие поверхности которых должны обладать специфическими свойствами по параметрам износостойкости, прочности, твердости, теплопроводности и др. Детали в таких случаях целесообразно изготавливать как составные из разных материалов. При этом основной корпус может быть выполнен из более простого и дешевого, чем втулка, материала. В ряде случаев вместо цельной тонкостенной втулки целесообразно применить свернутые, изготовленные из специальных пластин, биметаллических лент и-т.п. [157]. По сравнению с обычными изготовление свернутых втулок менее трудоемко (от 2 -х до раз), практически исключаются отходы металла в стружку [75, 77]. Этот метод эффективен при выполнении ремонтных работ для замены изношенных втулок новыми. Экономический эффект от применения пластин для ремонта деталей достигает 80 % от стоимости новых.
Существенный вклад в разработку теоретических основ, совершенствование процессов и технологической оснастки внесли исследования, выполненные под руководством профессора Ю.Г. Проскурякова в г. Ростове-на-Дону [95, 112, 127, 142, 152 и др.]. Вторая крупная научная школа в этом направлении развивалась под руководством профессора О. А. Розенберга в Киеве [14, 54, 150 и др.] Из теоретических и практических работ других авторов заслуживают внимание исследования, проведенные в Воронежском Политехническом институте под руководством профессора Г.Д. Деля [23, 30, 98].
Дорнование применяется главным образом для изготовления отверстий высокой точности. В отличие от резания, где наиболее важным фактором является жесткость системы СПИД, обеспечение требуемой точности отверстий при дорновании неразрывно связано с условиями деформационного процесса и с особенностями геометрии очага деформации. Требуются знания, позволяющие прогнозировать точность получаемых отверстий по размеру, форме и взаимному расположению поверхностей на основе закономерностей изменения упругопластических деформаций.
Большинство теоретических исследований в области деформирования тонкостенных труб дорнованием представлено решениями, основанными на принципах раздачи трубы равномерным внутренним давлением [122, 142 и др.]. Методы расчетов отдельных параметров процесса дорнования зачастую логически не связаны и предназначены для решения частных вопросов. Искусственно вводятся дополнения и допущения с целью приближения расчетных результатов к экспериментальным. На практике многие решения не позволяют правильно оценить наиболее важные параметры дорнования. В частности, теоретические значения контактных давлений на порядок и более отличаются от действительных. Особенностью дорнования является образование в очаге деформирования так называемых внеконтактных зон, отличающихся сложной геометрической формой и специфическими особенностями напряженно-деформированного состояния (НДС). В диссертации изложена новая концепция формообразования заготовки в процессе ее раздачи коническим инструментом. На теоретическом уровне раскрыт механизм процесса упругопластического деформирования, позволивший создать единую методику расчетов всех основных параметров обработки трубчатых заготовок для различных условий дорнования. Теоретические разработки дополнены моделированием процесса деформирования трубчатых заготовок на ЭВМ по специально разработанной методике. Обобщены наиболее важные теоретические и экспериментальные исследования деформационных методов обработки трубчатых заготовок. Рассмотрены сущность и особенности процессов деформирования, условия их наиболее эффективного применения в промышленности. Особое внимание уделено анализу НДС материала заготовки при ее обработке, точности и качеству обработанных поверхностей, оптимизации геометрии деформирующего инструмента при свободном и несвободном дорновании. Методы проектирования процессов и инструментов для формоизменяющих операций изготовления трубчатых заготовок рассчитаны на автоматизированное применение.
Диссертационная работа выполнена по заказу Минобразования и науки РФ в соответствии с планами Федеральных госбюджетных НИР: «Исследование и разработка высокоэффективных конструкций и технологий изготовления составных цилиндров методом статического и ротационного дорнования», ГР № 01.980006552, 1998 г.; «Исследование напряжений и деформаций при локальном осесимметричном контакте абсолютно жесткого тела с составной упругопластической оболочкой конечной толщины», ГР № 01990004217, 1999-2000 г.г.; «Исследование напряженно-деформированного состояния и качества сопряжения многослойных оболочек вращения в про 5 цессах локального упругопластического деформирования», ГР №01.200208969,2002 г.
Автор защищает.
1. Теоретические закономерности формообразования очага деформации тонкостенных трубчатых заготовок при свободном и несвободном дорновании, раскрывающие функциональные взаимосвязи деформаций, контактных напряжений и сил с геометрическими размерами и режимами дорнования отверстий трубчатых заготовок.
2. Методику математического моделирования точности обработки цилиндрических поверхностей дорнованием на основе экспериментально-аналитических взаимосвязей детерминированных факторов.
3. Методику численного моделирования. основных закономерностей упругопластических деформаций в области контакта инструмента с поверхностью отверстия трубчатых заготовок в процессах дорнования отверстий.
4. Обоснование качественных и количественных взаимосвязей факторов, влияющих на точность обработки отверстий и надежность соединения цельных и свернутых втулок с корпусом при несвободном дорновании отверстий.
5. Методы и алгоритмы автоматизированного проектирования оптимальных процессов изготовления изделий из трубного проката с применением процессов объемного и поверхностного пластического деформирования.
6. Научно-методические рекомендации по проектированию перспективных технологических процессов изготовления изделий из трубного проката, конструкций деформирующего инструмента.
