Введение к работе
Актуальность работы. В период интенсивного развития рыночных отношений особенно актуальным является интенсификация разработки инновационных технологий. При этом новые технологии должны развиваться по пути энерго- и ресурсосбережения.
Значительную номенклатуру изделий в разных областях промышленности составляют детали типа фланца, при этом превалируют технологии с низким коэффициентом использования металла. Анализ состояния производства этого типа деталей в условиях сложившегося мелкосерийного многономенклатурного штамповочного производства показал, что достижение конкурентоспособности требует совершенствования технологических процессов по следующим направлениям:
снижение расхода металла за счет исключения облоя и повышения точности формы и размера поковок, что позволит значительно сократить трудоемкость последующей механообработки;
уменьшение силы штамповки;
повышение производительности штамповки за счет сокращения числа переходов;
увеличение прочности и надежности изделий путем выбора оптимальных схем пластического деформирования.
Решение поставленных задач лежит через реализацию рациональных схем деформирования, использование прессов двойного и тройного действия и применение специальных штампов для обеспечения максимальных технологических возможностей действующего универсального оборудования.
Наиболее целесообразной технологией штамповки поковок типа фланцев, отвечающей выше заявленным требованиям, является технология безоблойной штамповки, основанная на использовании комбинированного выдавливания в специальных штампах. Переход с традиционной технологии облойной штамповки на безоблойную позволяет значительно увеличить
коэффициент использования металла за счет исключения отхода в облой и минимизации припусков и напусков. Локальное воздействие на металл, взамен воздействия на всю площадь (облойная штамповка), позволяет снизить необходимые технологические силы - уменьшить энергозатраты при эксплуатации менее дорогого оборудования. Важно, что как минимум, из технологического процесса исключается операция обрезки облоя и пробивки перемычек. Особенно достоинства безоблойной штамповки проявляются при изготовлении поковок из дорогих металлов и сплавов.
Для реализации данной технологии необходимо применение специальных прессов и в основном прессов двойного действия. Однако парк таких прессов ограничен. Альтернативой является использование специальных штампов, позволяющих эксплуатировать универсальные прессы в режиме прессов двойного действия. Такой штамп с гидроблоком противодавления при участии кафедры «Системы пластического деформирования» изготовлен на Рязанском заводе ОАО «Тяжпрессмаш». Для отдельных наименований поковок типа фланцев целесообразными являются иные технологические схемы безоблойной штамповки с применения в качестве исходного материала колец или трубных заготовок.
Внедрение технологии безоблойной штамповки в промышленность сдерживается отсутствием надежных рекомендаций по конструкции штамповой оснастки и специального оборудования, отвечающего требованиям технологии.
В качестве Объекта исследования выбраны фланцевые детали стержневого, кольцевого типа и типа тройников, поковки которых необходимо изготавливать методами комбинированного выдавливания. Разработка энерго- и ресурсосберегающей технологии изготовления поковок этой группы деталей позволит распространить ее на другие типы фланцевых поковок сложной формы.
Целью работы является: повышение эффективности технологических процессов штамповки фланцевых поковок путем уменьшения расхода металла и снижения сил деформирования с использованием методов горячего выдавливания в закрытых штампах.
Для достижения вышеуказанной цели в работе ставились следующие задачи:
установить и разработать рациональные технологические схемы штамповки поковок типа фланцев, отвечающие принципам энерго- и ресурсосбережения;
разработать математические модели расчета силовых параметров штамповки поковок типа фланцев разной конфигурации применительно к технологической схеме закрытой штамповки с реактивным запиранием разъемной матрицы;
разработать конструкцию штампа с гидроблоком противодавления для закрытой штамповки, реализующую технологическую схему с реактивным запиранием разъемной матрицы;
установить взаимосвязь показателей точности исходных заготовок и поковок с целью формулировки требований к технологическому процессу с использованием штампа с гидроблоком для получения поковок заданной точности;
- сформулировать рекомендации к модернизации универсального
оборудования, а также к специальному оборудованию, отвечающему
технологии безоблойной штамповки поковок типа фланцев.
Методы исследования. Экспериментальные исследования технологий безоблойной штамповки проводились в лаборатории кафедры «Системы пластического деформирования» ГОУ ВПО МГТУ «Станкин». Теоретические исследования включали энергетический метод для оценки силовых режимов штамповки и корреляционный анализ для оценки точностных параметров изделий.
Достоверность результатов подтверждается выбранными классическими положениями теории пластичности и статистического анализа, а также экспериментом, возможностью практического использования результатов работы.
Научная новизна работы заключается:
в разработке математической модели локального воздействия на деформируемый металл методом горячего вьщавливания в закрытом штампе с силовым смыканием разъемной матрицы, обеспечивающим схему пластического деформирования фланцевых поковок в условиях неравномерного всестороннего сжатия;
в экспериментально установленной зависимости точности высоты фланцев поковок, полученных методом горячего вьщавливания в закрытом штампе, от колебаний массы исходных заготовок;
- в разработке нового технологического процесса изготовления
воротниковых фланцев на основе использования в качестве исходных
заготовок биметаллических центробежнолитых труб.
Практическая ценность работы заключается:
- в разработке устройства, включающего специальный штамп с
разъемной матрицей и гидравлическим блоком противодавления,
обеспечивающего работу универсальных прессов в режиме прессов двойного
действия;
в разработке конструкции инструмента для штамповки поковок типа фланцев из малопластичных алюминиевых сплавов со сложной втулочной частью;
в разработке конструкции пуансона для штамповки поковок типа фланцев из труднодеформируемых сталей и титановых сплавов.
Реализация работы. Результаты работы были использованы при изготовлении экспериментального штампа с гидроблоком противодавления ОАО «Тяжпрессмаш» для кафедры СПД, а также при организации
производства на упомянутом штампе поковки гайки закладной для ОАО «Завод «Водоприбор» по технологии закрытой штамповки (см. Приложение 1 диссертации).
Апробация работы. Материалы диссертации:
- были доложены и обсуждались на Восьмой московской
межвузовской студенческой конференции "Теория, технология и
оборудование обработки металлов давлением" (МИСиС - 2006 г.); на IX
научной конференции "Математическое моделирование и информатика"
(МГТУ «СТАНКИН» - 2006 г.); научно-технической конференции студентов
и аспирантов 2007 года, проходящей в МГТУ "СТАНКИН"; на конференции
«Студенческая весна 2007: технология обработки давлением» (МГТУ им.
Баумана); на 5-ой юбилейной конференции молодых специалистов
«Металлургия XXI века» (2009 г.);
- принимали участие в конкурсах:
на соискание премии имени академика А. И. Целикова за лучшую научную студенческую работу в области металлургического машиностроения (диплом III степени) (ВНИИМЕТМАШ - 2006 г.);
в Открытом конкурсе в 2006 году на лучшую научную работу студентов вузов по естественным, техническим и гуманитарным наукам;
во Всероссийском конкурсе (II тур, региональный) выпускных квалификационных работ по направлению 150900 Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств (магистр) (2007) (диплом I степени);
в 12-ом Московском международном Салоне промышленной собственности «Архимед - 2009»;
5) в IX Московском международном Салоне инноваций и инвестиций
(Москва, ВВЦ, 2009) (золотая медаль).
Публикации. Основные положения диссертации отражены в 14 публикациях, включая 4 в рецензируемых журналах, 3 патента и 1 заявка на патент.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы из 88 наименований и приложений. Основная часть работы изложена на 140 страницах машинописного текста, содержит 69 рисунков и 14 таблиц.
