Введение к работе
Актуальность работы. Анализ теории и практики применения процессов дорнования при обработке отверстий трубчатых заготовок показал, что в этой области в нашей стране и за рубежом имеется огромный теоретический, экспериментальный и производственный опыт. Большой вклад в развитие методов дорнования внесли Проскуряков Ю.Г., Розснберг О.А., Исаев А.П., Осколков А.И., Роговой В. М., Куксов П.Н., Миндрул О.Б. и многие другие.
Одним из объектов применения процесса дорнования является, например, производство корпусов (гильз) гидроцилипдров из толстостенных бесшовных труб. Технические характеристики цилиндров, работающих при высоких давлениях в сотни и тысячи мсгапаскалсй, могут быть существенно повышены при использовании вместо монолитных корпусов составных, состоящих из двух и более элементов. Упрощается выбор подходящего трубного проката из сортамента труб, удовлетворяющего условиям обработки заготовок дорнованием на благоприятных режимах деформирования.
Однако технология изготовления составных цилиндров на основе методов дорнования отверстий не обеспечена в должной мере научно обоснованными рекомендациями, относящимися к выбору условий достижения необходимого качества сцепления соединяемых деталей в процессе формирования полых составных изделий, особенно со сварными трубами, рекомендациями по выбору параметров заготовок, специализированных методик расчета инструмента и технологических режимов обработки.
Степень разработанности проблемы. Поставленные в диссертации вопросы технологии изготовления составных цилиндров из сварных труб рассмотрены впервые.
Цель работы. Установление основных закономерностей формирования составных цилиндров методом дорнования отверстий заготовок из бесшовных и сварных труб
Задачи работы:
1. Выявление функциональных взаимосвязей деформаций, контактных напряжений и сил с геометрическими размерами и режимами обработки отверстий двухслойного цилиндра дорнованием.
2. Выявление основных закономерностей напряженно-деформированного состояния материала в области сварного шва сварной заготовки в процессе дорнования отверстия составного цилиндра
3. Определение режимов обработки заготовок из сварных труб, позволяющих обеспечить требуемые однородные свойства по точности и качеству поверхностей отверстий с полным объемным смещением грата в область сплошного материала стенки трубы..
4. Разработка методики расчета размеров исходного зазора между соединяемыми цилиндрами со сварочным гратом на поверхности отверстия, обрабатываемого дорнованием.
5. Разработка рекомендаций по выбору трубчатых заготовок из сортамента бесшовных и сварных труб для изготовления составных цилиндров с
применением метода дорнования отверстий. 6. Разработка рекомендаций по выбору маршрутных технологий изготовления составных изделий с бесшовными и сварными трубчатыми заготовками с применением дорнования отверстий.
Предметом и объектом исследований являются проблемы обеспечения качественного сопряжения элементов составного цилиндра из сварных труб дорнованием и условия деформирования сварочного грата без его разрушения с обеспечением высокой точности отверстия в процессе обработки.
Методологическая, теоретическая и эмпирическая база исследования.
Методологической базой являются принятые методы исследований, основанные на использовании стандартных методик оценки технологических параметров, обеспечивающих точность и качество составных цилиндров.
Теоретической базой исследования являются известные положения теории малых упругопластических деформаций, на основе которой изучалось качество сопряжения элементов составного цилиндра.
Эмпирической базой исследования являются методы определения качества сопряжения элементов и точности отверстий составного цилиндра с применением статистических методов обработки экспериментальных данных, полученных на приборах для оценки шероховатости и микротвердости, по результатам металлографических, электронно-микроскопических и рентгеноструктурных исследований.
Научные результаты, выносимые на защиту.. Научным результатом является разработанный на основе теории механической схемы деформации СИ. Губкина механизм пластического деформирования сварной заготовки с внутренним сварочным гратом, раскрывающий возможность полного переноса материала грата в сварной шов и обеспечение качества обработанной поверхности. На защиту выносятся выявленные автором закономерности формообразования составного изделия из двух полых цилиндров, модели процессов образования неразъемного соединения за счет деформационного натяга, методы и алгоритмы автоматизированного проектирования процессов изготовления составных изделий из бесшовных и сварных трубчатых заготовок с применением процессов объемного и поверхностного пластического деформирования. Научная новизна работы. I.Впервые теоретически установлены закономерности формообразования составных цилиндров в условиях локализованного кольцевого упругопластиче-ского деформирования, в процессе которого происходит сочленение элементов образуемого составного изделия путем его радиальной раздачи конусом инструмента (дорном). При локализованном нагружении, в отличие от известного метода соединения полых цилиндров методом гидростатической раздачи, схема деформации характеризуется всесторонним сжатием, вследствие чего на кон-тактируемом-с инструментом участке возникает высокое давление, на порядки превышающее давление при гидростатической раздаче, и интенсивное пластическое течение материала в основном в осевом направлении. Охватывающий
элемент (внешняя оболочка) при этом получает минимальные изменения размеров. Установлено, что в результате упругой разгрузки в сопряжении элементов составного цилиндра после дорпования образуется деформационный натяг посадки, превосходящий натяги запрессовки.
-
На основе впервые разработанной модели пластического деформирования сварной трубы с внутренним сварочным гратом определены условия обеспечения требуемого качества изделия по критериям шероховатости внутренней поверхности и прочности корпуса в процессе дорпования составного цилиндра. Определен предельный интервалы исходных зазоров между сопрягаемыми цилиндрами и натягов, при которых достигаются требуемые качественные параметры обработанной поверхности (шероховатость, микротвердость, отсутствие внутренних дефектов в сварном шве) и высокая прочность сопряжения.
-
Выявлен качественные и количественные взаимосвязи факторов (схемы и натягов дорпования, исходной точности и размеров заготовок сопрягаемых элементов), на точность обработки отверстий и надежность соединения цельных и сварных втулок с корпусом при дорновании отверстий составных изделий.
-
Предложены методы и алгоритмы автоматизированного проектирования процессов изготовления составных изделий из бесшовных и сварных трубчатых заготовок с применением процессов объемного и поверхностного пластического деформирования.
Теоретическая н практическая значимость работы. Автором впервые представлен теоретический анализ напряженно-деформированного состояния при дорновании сварной трубы с внутренним гратом, на основе которого выявлены условия применения процесса дорпования отверстий для изготовления составных цилиндров. Практическая значимость работы определяется разработанной автором методикой автоматизированного выбора заготовок для составных цилиндров из бесшовных и сварных труб на основе разработанной базы трубчатых заготовок и рекомендациями по проектированию технологических процессов изготовления составных цилиндров с отверстиями 7-9 квалитетов точности на основе предлагаемых типовых технологических процессов, пригодных для практического использования.
Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Научные положения и практические результаты диссертации, заключающиеся в определении качественных и количественных взаимосвязей факторов, влияющих на точность обработки отверстий и надежность соединения цельных и сварных втулок с корпусом при дорновании отверстий составных изделий, соответствуют формуле и области исследований, определяемой п.н. 2 и 7 паспорта специальности 05.02.08 - «Технология машиностроения».
Реализация результатов н апробация работы. Результаты выполненной работы внедрены в Обществе с ограниченной ответственностью «Новорсинжстрой» (г. Новороссийск) и используются в учебном процессе Донского государственного университета (г. Ростов-на-Дону) при подготовке инженеров по специальности «Технология машиностроения». Результаты
диссертационной работы докладывались и обсуждались: на 1-й международной научно-технической конференции «Совершенствование существующих и создание новых технологий» Ростов-на-Дону, 2-3 июня 2009 г.; Науч.-практ. Конф. 3-6 марта 2009 г., г. Ростов-на-Дону. в рамках 12-й междунар. агропромышленной выставки «Иіітерагормаш-2009»; Международной научно-технической конференции: Фундаментальные и прикладные проблемы в машиностроительном комплексе ОрелГТУ. 2009; Семинаре «Современные технологии в горном машиностроении»Москва, МГГУ. 2011 г. 24-28 января.
Публикации. По материалам исследований опубликовано двадцать пять работ (общее число - 6,67 п. л., личный вклад автора - 3,33), в том числе три работы в изданиях, рекомендованных ВАК. Получен патент на полезную модель.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы. Работа изложена на 135 страницах машинописного текста включающих 75 рисунков и 14 таблиц.
