Введение к работе
Актуальность работы. Резервы ресурсосбережения и повышения качества продукции металлургических и машиностроительных предприятий связаны с разработкой и использованием прогрессивных технологий обработки металлов давлением, обеспечивающих формообразование точных заготовок с высококачественной поверхностью и высоким комплексом физико-механических свойств материалов. Одной из актуальных задач ученых и производственников является разработка малоотходных высокопроизводительных технологий производства методами пластической деформации толстостенных трубных заготовок со- сложной конфигурацией внутреннего капала для последующего изготовления из них широкого круга деталей машин и механизмов, товаров народного потребления. В частности, толстостенные трубные заготовки с криволинейными канавками на внутренней поверхности необходимы в производстве некоторых видов стволов огнестрельного оружия, полых валов, втулок, без канавок - для изготовления пушечных свёрл, гидроцилиндров и т.п.
Большие технологические возможности в производстве заготовок сложной конфигурации, толстостенных и особо толстостенных труб предоставляют методы гидропрессования. Однако, практическое их использование пока весьма ограничено, что объясняется недостаточным уровнем разработок научных основ процессов и методов проектирования технологий. В связи с этим разработка научных основ процессов безоправочного гидропрессования толстостенных трубных заготовок и формообразования винтовых канавок на их внутренней поверхности является актуальной задачей дальнейшего развития теории и технологии обработки давлением.
Целью работы является разработка научных основ новой технологии безоправочного гидропрессования толстостенных трубных заготовок и формообразования винтовых канавок на их внутренней поверхности методом продавли-вания инструмента жидкостью высокого давления, обеспечивающей снижение рабочих давлений и повышение качества продукции.
В работе решали следующие основные задачи:
— разработка технологических схем производства толстостенных трубных заго
товок с винтовыми канавками на их внутренней поверхности и методики про
ектирования технологического процесса;
-разработка математической модели и установление основных закономерностей процесса безоправочного гидропрессования толстостенных трубных заготовок;
- разработка математической модели и установление основных закономернос
тей процесса формообразования винтовых канавок на внутренней поверхности
заготовок методом продавливания инструмента жидкостью высокого давления;
-разработка методики определения основных параметров процесса и оценки
физико-механических свойств заготовок. .
Объект исследования -- технология холодного пластического формообразования толстостенных трубных заготовок с винтовыми канавками на внутренней поверхности, основанная на использовании жидкостей высокого давления.
Научная новизна работы состоит в: -математических моделях процессов безоправочного гидропрессования толстостенных трубных заготовок с аналитическим определением компонент напряжённо-деформированного состояния (НДС), материала и формообразования винтовых канавок на их внутренней поверхности методом продавливания инструмента жидкостью высокого давления с одновременным дорнованием отверстия передним участком инструмента, имеющим круглое поперечное сечение;
- экспериментально-расчётном методе определения компонент НДС материала
при безоиравочном гидропрессовании толстостенных трубных заготовок;
-линейной зависимости относительной величины осевой компоненты дефор
мации трубной заготовки (в сравнении с деформацией прутка) от относитель
ной площади поперечного сечения её полости;
-математическом обеспечении прогноза поврежденности материала и технологической пластичности при гидропрессовании трубных заготовок, характеристик прочности и остаточной пластичности магериала в гидропрессованных прутках и трубах с учетом деформационного упрочнения и стадийного характера изменения параметров модели.
Практическая ценность работы состоит в:
- технологических и технических решениях (технологические схемы производ
ства изделий, режимы гидропрессования заготовок и формообразования кана
вок, устройства для осуществления операций пластического деформирования),
реализация которых позволяет обеспечить снижение рабочих давлений гидро
прессования, повышение производительности труда и высокое качество труб
ных заготовок с винтовыми канавками на внутренней поверхности;
.- методике определения основных параметров процессов безоправочного гидропрессования толстостенных трубных заготовок, формообразования винтовых канавок на их внутренней поверхности и свойств изделий;
- методике направленного поиска оптимального варианта технологии, органи
чески сочетающей в себе метод многокритериальной оптимизации Соболя-
Статникова и метод управления сложными системами посредством анализа
чувствительности;
-методике определения фундаментальных параметров а, а, К, п, используемых в модели структурно-неоднородного материала и законе упрочнения, на основе результатов экспериментов по гидропрессованию и растяжению образцов до разрушения.
Основные положения, выносимые на защиту: -основы теории процесса безоправочного гидропрессования толстостенных трубных заготовок, включающей: математическую модель процесса; основанный на этой модели экспериментально-расчётный метод определения компо-
нент НДС заготовки; методику и программное обеспечение для определения основных параметров процесса, прогноза и корректировки показателей качества гидропрессованных изделий;
-математическая модель процесса формообразования винтовых канавок на внутренней поверхности толстостенных трубных заготовок и методика определения основных параметров процесса;
результаты экспериментального исследования силового режима процесса, закономерностей формоизменения заготовок и формирования комплекса их физико-механических свойств, обосновывающие теоретические положения и используемые для идентификации параметров моделей.
схемы технологических процессов получения заготовок, устройства для реализации операций гидропрессования и методика проектирования технологического процесса на основе компьютерных экспериментов.
Реализация результатов работы. Результаты исследования и пакет прикладных программ для проектирования процесса гидропрессования трубных заготовок использованы на ряде предприятий. Внедрение технологического процесса безоправочного гидропрессования стальных толстостенных трубных заготовок осуществлено на Опытном производстве ДФТИ НАН Украины. Экономическая эффективность использования разработок составляет 1800 грн. на 1 тонну продукции, долевой эффект автора составляет 60%.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались на международной конференции "Joint XV & ХХХШ EHPRG High Pressure Science and Technology Research" (Варшава, Польша, сентябрь 1995 г., 2 доклада); XIV международной конференции по физике прочности и пластичности материалов (Самара, июнь 1995 г.); IV международной конференции по механике неоднородных структур (г. Тернополь, сентябрь 1995 р.); международной конференции "Computational Methods and Testing for Engineering Integrity" -СМТ'96 (Куала-Лумпур, Малайзия, 1996); международной конференции "Hot lsostatic Pressing - H1P'96" (Андовер, Массачусетс, США, Май 1996); научных семинарах Донецкого физико-технического института НАН Украины.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 печатных работ (7 статей в академических и зарубежных журналах и 1 тезис доклада).
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, шести глав и выводов, изложена на 111 страницах, содержит 35 рисунков, 2 таблицы и 5 приложений, список литературы из 117 наименований, всего 163 страницы.
Личный вклад автора состоит в разработке основ теории процесса безоправочного гидропрессования толстостенных трубных заготовок, математической модели процесса формообразования винтовых канавок, методики определения параметров моделей в эксперименте; постановке, проведении и анализе результатов экспериментов; разработке технологических схем и устройств для гидропрессования, методики проектирования технологических процессов, компьютерных программ, промышленном внедрении результатов.