Введение к работе
На современном этапе развития машиностроения проблема экономичного использования энергоресурсов и металла при его переработке предъявляет все возрастающие требования к технологии разделения исходных материалов на заготовки. Уровень качества отрезанных заготовок диктуется технологией последующей обработки. То есть, без разработки процесса получения качественных заготовок невозможна разработка эффективной технологии производства деталей.
Актуальность темы. Для разделения сортового проката исполыуют большое количество различных способов, которые неравноценны по своим технико-экономическим показателям. При этом в серийном и крупносерийном производстве наиболее рациональными являются безотходные способы разделения, осуществляемые в штампах на прессах.
Данный технологический процесс хорошо изучен и классифицирован, а технологические возможности позволяют использовать его как для отрезки сортовых профилей простой формы, так и сортовых фасонных профилей. Однако следует отметить, что в технической литературе отсутствуют или фрагментарно освещены сведения о механизме деформирования, границах очага деформации и характере напряженно-деформированного состояния при отрезке фасонных профилей. Отсутствуют рекомендации по выбору схем разделения, а используемые технологические процессы отрезки фасонных профилей не позволяют производить заготовки высокого качества.
Повышение качества поверхностей разделения разрезаемого профиля особенно актуально при производстве готовых изделий, где отрезка является основной техлологической операцией. Примером может служить клемма раздельного рельсового скрепления железнодорожного пути.
В странах СНГ ежегодно производят несколько миллиардов заготовок из профильного проката. Это свидетельствует об очевидной актуальности работ, направленных на совершенствование существующих и разработку новых технологий отрезки фасонных профилей.
Связь работы с научными программами, планами, темами. Диссертация выполнена в Приазовском государственном техническом университете. В соответствии с договором № 52/5639 от 01.01.1999 г. между ПГТУ и ОАО «МК «Азовсталь» выполнена НИР "Разработка, изготовление и освоение оснастки и технологии для производства клеммы раздельного рельсового скрепления железнодорожного пути по ГОСТ 22343-90", в которой автор принимал участие в качестве ответственного исполнителя.
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является повышение качества П-образных профилей на основе совершенствования технологии отрезки и разработки конструкции штампа со сложным движением ножей.
Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:
- на основе анализа известных механических схем и способов установлены пути совершенствования технологии отрезки в штампах П-образных профилей;
исследовано напряженно-деформированное состояние металла в очаге деформации прі отрезке П-образных профилей в штампах;
известные механические схемы отрезки дополнены двумя сложными вращательно-поступательными движениями, обеспечивающие качественную отрезку П-образных профилей;
впервые разработан и теоретически обоснован метод определения направления отрезкі при поступательном движении ножа фасонных угловых и П-образных профилей с учетом напря женно-деформированного состояния металла в очаге деформации и геометрических характеристш фасонных профилей,
разработана конструкция штампа, с учетом напряженно-деформированного состояния ме талла в очаге деформации, обеспечивающая качественную отрезку П-образного профиля за счет применения сложного вращательно-поступательного движения,
внедрены в производство основные результаты диссертационной работы и разработаннш технологическая оснастка.
Обьскт исследования. Технология отрезки в штампах.
Предмет исследований. Отрезка П-образных профилей при сложном движении ножа.
Методы исследования. В основу теоретических исследований были положены методы тео рни пластичности и обработки металлов давлением, включающие методы математического моде-лирования напряженно-деформированного состояния очага деформации с использованием лини) скольжения. Экспериментальные исследования выполнены с использованием физического моде-лирования и промышленных испытаний с непосредственным созданием силового нагружения обеспечивающего моделирование процесса при сложном движении ножа. Обработка и обобщение результатов экспериментальных исследований основаны на стандартных методах теории вероят-ности и математической статистики.
Научная новизна полученных результатов заключается втом, что:
разработана классификация движений подвижного ножа применительно к схеме неполно стью закрытой отрезки, отличающаяся от известных тем, что позволяет выбрать движение, обеспечивающее качественную отрезку П-образных профилей с учетом напряженно-деформированного состояния металла в очаге разделения;
впервые разработан и теоретически обоснован метод определения направления отрезкі при поступательном движении ножа фасонных угловых и П-образных профилей с учетом напря женно-деформнрованного состояния металла в очаге деформации и геометрических характеристик фасонных профилей,
разработана математическая модель для определения энергосиловых и геометрические параметров процесса на первом этапе разделения, отличающаяся от известных тем, что уравнение равновесия составлено с учетом сил трения, действующих на контактных поверхностях очага де-
іормашіїї.
- разработаны и теоретически обоснованы две схемы сложного вращателыю-оступателыюго движения ножа, обеспечивающие высококачественную отрежу П-образных про-илей в штампах, отличающиеся от известных тем что, вращательное движение осуществляется е по всему периметру профиля, а на периферийных участках, при этом вращательное движение ожно осуществлять как одновременно с поступательным, так и отдельно.
Практическое значение полученных результатов заключается в следующем:
-
На основе комплекса теоретических и экспериментальных исследований впервые показа-з возможность высококачественной отрезки П-образных профилей в штампах.
-
Создан комплекс программного обеспечения, предназначенный для расчета техиологи-=ских параметров процесса отрезки П-образных профилей при сложном вращателъно-эступательном движении ножа.
-
Предложенные в диссертации технологические решения при отрезке П-образных профи-:й предназначены для разработки технологии отрезки в штампах профилей сложной геометриче-:ой формы, в том числе гнутых профилей, сортовых фасонных, листовых гофрированных и спе-іального назначения.
-
Результаты диссертационной работы использованы в процессе освоения новой техноло-IH производства клеммы раздельного рельсового скрепления железнодорожного пути по ГОСТ Ї343-90 на ОАО «МК «Азовсталь». В результате внедрения технологии и разработанной штам-)вой оснастки достигнуто: - повышение средней геометрической точности и качества поверхно-и отрезанных заготовок на 15%; - снижение производственных расходов на 30%.
Фактический годовой экономический эффект при производстве 60 т составил: 39 088 грн. элевое участие автора 27 361 грн.
Личный вклад соискателя. Автор принимал непосредственное участие в анализе способов резки, систематизации и выборе наиболее перспективных, обеспечивающих высококачествен-то отрезку П-образных профилей. Разработал алгоритм расчета параметров процесса отрезки и юграммное обеспечение для его моделирования и анализа. Разработал оригинальную штампо-ю оснастку. Непосредственно сопоставил и проанализировал результаты компьютерного моде-рования и экспериментальных данных.
Апробация результатов диссертации. Научные и практические результаты диссертацион-й работы докладывались и обсуждались на V-X Региональных научно-технических конферен-:ях (г. Мариуполь, 1998-2003 г.г.); Всеукраинской научно-технической конференции «Перспек-вные технологии и оборудование обработки давлением в машиностроении и металлургии» (г. >аматорск, 1999-2001 г.г.); на Международной научно-технической конференции «Усовершенст-вание процессов и оборудования производства и обработки металлопродукции для метачлургин
4 и машиностроения» (г. г. Краматорск-Славянск, 2000 г.)
Публикации. Материалы диссертации изложены в девяти печатных работах, из которых че тыре опубликованы в специализированных изданиях ВАК. четыре - в сборниках тезисов докладої научных конференций, один - патент Украины.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разде лов, выводов, списка использованных источников из 105 наименований и четырех приложен»! общим объемом 156 страниц. Объем основного текста 138 страниц. Общее количество иллюстра ций - 43 (из которых 11 - расположены на отдельных страницах), 18 таблиц.