Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
И ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ РАБОТЫ 9
1.1. Анализ конструкций и технологичности основных типоразмеров прокладок трубопроводов высокого давления 9
1.2. Состояние вопроса и сопоставление возможных вариантов технологических процессов изготовления прокладок І2
1.3. Особенности течения металла при осадке колеп плоскими.плитами и штамповке прокладок в открытом штампе 17
.1.4. Аналитические методы расчета энергосиловых повке кольцевых деталей 24
1.5. Основные результаты и выводы по главе. Цели и задачи работы 30
ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ СИЛОВЫХ ПАРАМЕТРОВ И ДЕФОРМАЦИЙ ПРИ ОСАДКЕ ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ ПЛИТАМИ И ОТКРЫТОЙ ШТАМПОВКЕ КОЛЬЦЕВЫХ ЗАГОТОВОК 32
2.1. Осадка кольцевых заготовок параллельными плитами 32
2.2. Определение радиуса условной поверхности раздела течения металла при осадке колец 45
2.3. Штамповка кольцевых деталей в открытом штампе 48
2.4. Основные результаты и выводы по главе
ГЛАВА З.ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ
СИЛОВЫХ ПАРАМЕТРОВ И ДЕФОРМАЦИЙ ПРИ ОСАДКЕ ПАРАЛЛЕЛЬНЫМИ ПЛИТАМИ.И ОТКРЫТОЙ ШТАМПОВКЕ КОЛЬЦЕВЫХ ЗАГОТОВОК 55
3.1. Задачи и методика проведения экспериментальных исследований 55
3.2. Экспериментальные исследования процесса
осадки колец плоскими параллельными плитами 59 Экспериментальные исследования процесса изготовления кольцевых деталей в открытых
штампах 66
3.4. Основные результаты и выводы по главе 73
ГЛАВА 4. РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
ПРОЦЕССОВ И ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ 8О
4.1. Методика расчета размеров заготовки и потребных усилий пластического деформирования кольцевых изделий 8О
4.2. Рекомендации по выбору формы и способу получения кольцевых заготовок 87
4.3. Штампы для изготовления уплотнительных прокладок рельефного сечения 93
4.4. Экономическое обоснование предлагаемого технологического процесса 100
4.5. Внедрение результатов работы 103
РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 105
ЛИТЕРАТУРА Ш
ПРИЛОЖЕНИЯ 121
- Анализ конструкций и технологичности основных типоразмеров прокладок трубопроводов высокого давления
- Осадка кольцевых заготовок параллельными плитами
- Задачи и методика проведения экспериментальных исследований
- Методика расчета размеров заготовки и потребных усилий пластического деформирования кольцевых изделий
Введение к работе
Актуальность проблемы. В документе "Основные направления экономического и социального развития СССР на I98I-I985 гг. и на период до 1990 г." [I] , принятом ХХУІ съездом КПСС отмечено, что основными путями интенсивного развития и повышения эффективности общественного производства являются: широкое применение малооперапионных, малоотходных и безотходных технологических процессов. В области машиностроения и металлообработки предусмотрены комплексные задачи по существенному сокращению потерь металлопродукции за счет замены технологических процессов, основанных на резании металлов экономичными методами пластического формообразования деталей. В современных условиях все возрастающее значение приобретает наиболее рациональное, бережливое использование сырьевых и топливно-энергетических ресурсов, а также внедрение прогрессивных технологических процессов и на этой основе существенное повышение производительности труда в народном хозяйстве [2J.
Поэтому одной из основных задач кузнечно-штамповочного производства является перевод изготовления значительной части номенклатуры машиностроительных деталей с обработки резанием на пластическое деформирование, при этом следует применять такие схемы деформирования, осуществление которых возможно при приложении меньших усилий [3].
В настоящее время в различных областях машиностроения, таких, как авиастроение, судостроение, прессостроение и автомобилестроение широкое применение находят гидравлические системы, работающие под высоким давлением, надежность и безопасность которых во многом зависит от качества уплотнения.
В данной работе решается проблема изготовления кольпевых уплотнительных прокладок рельефного сечения для трубопроводов высокого давления. Острая необходимость продиктована тем, что названные изделия, материалом которых служит цветной металл -медь MS, вследствие нетехнологичности их конструкпии с точки зрения штамповки изготавливают в настоящее время резанием с коэффициентом использования металла (КИМ) 9-15%. Перевод данных деталей на изготовление в открытых штампах с двухсторонним течением металла в радиальном направлении дает резкое снижение себестоимости продукпии в основном за счет сокращения отходов, уменьшения трудоемкости и энергоемкости. При этом КИМ может достигать порядка 90%, а качество уплотнительных прокладок возрастает.
Для успешного внедрения экономичных технологических процессов необходимы теоретические предпосылки для проектирования рапиональной технологии, основанной на правильном выборе схемы деформирования, определении потребных усилий, а также формы и размеров заготовок.
Цель работы. Теоретические и экспериментальные исследования процессов штамповки кольцевых деталей, в том числе уплотнительных прокладок. Разработка на основе результатов исследований рекомендаций по проектированию технологических процессов их изготовления методами пластического деформирования и внедрение этих технологических процессов в производство.
Автор защищает. Результаты исследований процессов осадки кольцевых заготовок плоскими параллельными плитами и пластической деформации кольпевых деталей в открытых штампах с двухсторонним течением металла в радиальном направлении, а также полученные при этом формулы и зависимости, необходимые для расчете технологических параметров этих процессов, в том числе: - результаты теоретического анализа напряженного и деформи- рованного состояний; выведенные формулы для определения давления течения и радиуса условной поверхности раздела течения металла в радиальном направлении; методику по определению размеров кольцевых заготовок; разработанные на основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований технологические процессы изготовления кольцевых деталей типа уплотнительных прокладок.
Научная новизна. Исследованы напряженное и деформированное состояния при осадке колеп плоскими плитами. Получены зависимости для определения давления течения, радиуса условной поверхности раздела течения металла в радиальном направлении и размеров кольцевой заготовки. Выполнено аналитическое решение задачи по определению давления течения при пластическом деформировании кольцевых деталей, в том числе уплотнительных прокладок в открытых штампах с двухсторонним течением металла в радиальном направлении. Приводится методика по определению размеров кольцевых заготовок.
Практическая ценность и промышленная реализация работы. Результаты выполненных теоретических и экспериментальных исследований позволили дать практические рекомендации и расчетные формулы для разработки технологических процессов изготовления фасонных уплотнительных прокладок обработкой давлением. Предложено несколько вариантов технологических процессов изготовления кольцевых заготовок в зависимости от их размеров и формы, определяемых согласно разработанной методики. Технологические расчеты для всех известных типоразмеров фасонных уплотнительных прокладок доведены до практической реализации на ЭВМ.
Результаты работы использованы и внедрены в Объединении судостроения "Вымпел" в Г.Андропове с экономическим эффектом 20 тысяч рублей.
Апробация результатов работы.
Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на следующих конференциях и семинарах: на Зональных научно-технических конференциях «Повышение качества деталей в машиностроении технологическими методами", г.Рыбинск, 1980 г.; «Повы-шение эффективности производства, автоматизация технологических процессов, вспомогательных и транспортных операций в машиностроении", г.Ярославль, 1981 г.; «Повышение производительности и эффективности использования технологического оборудования", г.Рыбинск, 1982 г.; на Межотраслевом семинаре иНовое в теории и практике кузнечного дела", г.Тула, 1982 г.; на Всесоюзной научно-технической конференции «Инженерные проблемы автоматизации и улучшения условий труда в кузнечно-штамповочном производстве", г.Запорожье, 1984 г.; на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Московского автомеханического института (1982 г.) и Андроповского авиационного технологического института, 1981, 1982, 1984 г.г.
Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано в 7 статьях и тезисах докладов [4-б], [71-73], [106] .
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов; содержит вО страниц машинописного текста, 26 иллюстраций, 5 таблиц, список литературы из 125 наименований и приложения на 20 страницах.
class1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
И ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ РАБОТЫ class1
Анализ конструкций и технологичности основных типоразмеров прокладок трубопроводов высокого давления
Кольцевые уплотнительные прокладки рельефного сечения (рис.1.1) служат для уплотнения стыков в гидравлических и пневматических системах высокого давления порядка 50 МПа (500 ати). В различных областях машиностроения находят применение десятки типоразмеров указанных деталей. Размеры некоторых из них приведены в таблице I.I.
В процессе затяжки соединительного узла вершины кольцеобразных прямоугольных выступов прокладки деформируются и уплотняют стык. К преимуществам такого решения следует отнести высокую эксплуатационную надежность, герметичность и простоту соединительного узла. В качестве недостатка можно отметить одноразовость использования уплотнительной прокладки. Поэтому уплотнение с помощью фасонных колеи производят, как правило, в высокоответственных системах и при достаточно высоких давлениях. В связи с этим, указанные прокладки в отличие от обычных кольцевых уллотнитель-ных прокладок без рельефа на торцевых поверхностях, т.е. по ГОСТ 23357-78 и ГОСТ 23358-78, материалом которых могут служить медь, алюминий, паронит и др., изготавливаются только из меди МЗ или МЗр по ГОСТ 859-78. В качестве полуфабриката предусматривается пруток по ГОСТ 1535-71 или лист по ГОСТ 495-77. .
В результате анализа типоразмеров деталей, представленных в таблице I.I, можно выделить несколько групп деталей, у которых изменяются только диаметральные размеры, а все остальные остаются постоянными. Сложность изготовления таких деталей состоит в том, что все прокладки имеют относительно малую высоту Н, причем
Осадка кольцевых заготовок параллельными плитами
При осадке цилиндрических тел, в том числе и колец, плоскими плитами имеет место один из частных случаев объемного напряженного состояния, который принято называть осесимметричным. При рассмотрении осесимметричного напряженного состояния весьма удобно пользоваться взамен декартовых цилиндрическими координатами (рис.2.1а).
В случае осесимметричного напряженного состояния (рис.2.16) компоненты напряжений не зависят от координаты и , и, следовательно, все производные по этой координате в дифференциальных уравнениях равновесия обратятся в нуль. Кроме того, в меридиа-нальных плоскостях не могут возникнуть касательные напряжения, вследствие симметричности тела и симметрии внешней нагрузки. Поэтому с учетом закона парности касательных напряжений LgQ-VzQog Тдї О. Следовательно напряжение всегда будет главным, т.е. 6а Ц? [Ю, 64].
class3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ
СИЛОВЫХ ПАРАМЕТРОВ И ДЕФОРМАЦИЙ ПРИ ОСАДКЕ ПАРАЛЛЕЛЬНЫМИ ПЛИТАМИ.И ОТКРЫТОЙ ШТАМПОВКЕ КОЛЬЦЕВЫХ ЗАГОТОВОК class3
Задачи и методика проведения экспериментальных исследований
Основной целью, которая ставится перед экспериментальными исследованиями, является подтверждение правильности выбора расчетных схем и моделей, а также принятых допущений и других основополагающих моментов, использованных при теоретических исследованиях и выводах. В связи с этим основные задачи, стоящие перед экспериментальными исследованиями, могут быть сформулированы следующим образом. - п
1. Построение кривых течения осадке колец плоскими плитами, необходимых для проверки выведенных формул и сравнения результатов расчетов по ранее известным формулам.
2. Определение влияния рельефа прокладки на положение границ между жестко-пластическими зонами и зонами пластического течения.
3. Установление величины потребного усилия Р/6$ г( 2) при открытой штамповке кольцевых деталей, в частности, кольцевых уплотнительных прокладок рельефного сечения.
Перечисленные выше задачи следует относить к однофакторным экспериментам [74,75], т.к. осевая логарифмическая деформация
Ег и давление течения J/U$ для конкретных образцов, выполненных из конкретных материалов является функцией изменения высоты h . При этом проведение экспериментальных исследований и статистическая обработка полученных результатов выполнены в соответствии со стандартами [76-81]. Основные задачи статистической обработки результатов испытаний - опенка среднего значения исследуемого параметра и ошибки в определении этой средней величины, а также выбор минимально необходимого числа образ-иов (или замеров) для опенки среднего значения с заданной точностью. Известно, что результаты механических испытаний, как правило, подчиняются нормальному распределению [82,83]. При числе измерений п 15 проверку нормальности их распределения не производят [78].
. class4 РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
ПРОЦЕССОВ И ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ class4
Методика расчета размеров заготовки и потребных усилий пластического деформирования кольцевых изделий
В предыдущих главах было показано, что открытая штамповка кольцевых изделий с двухсторонним течением металла в радиальном направлении, имеет ряд преимуществ по сравнению с процессами сопровождающимися односторонним течением, особенно при изготовлении кольцевых уплотнительных прокладок рельефного сечения. Сюда можно отнести улучшение условий течения металла, а следовательно, более легкое заполнение полостей штампа и существенное снижение потребных усилий штамповки [106]. При этом, максимальные напряжения имеют место в сечениях удаленных от краев инструмента. Поэтому такой процесс характеризуется как менее энергоемкий и более выгодный с точки зрения стойкости инструмента, а следовательно, может быть рекомендован не только для конкретного случая холодной штамповки фасонных уплотнительных прокладок, но и в других случаях, например, при горячей штамповке труднодеформи-руемых материалов. Однако, использование такой схемы в реальных производственных процессах до настоящего времени сдерживалось отсутствием рекомендаций и формул, необходимых для расчета технологического процесса.
Основополагающим моментом для определения конечных размеров изделия, получаемого в процессе осадки или штамповки (прямая задача), или наоборот, параметров заготовки для обеспечения требуемых размеров изделия (обратная задача), является определение радиуса условной поверхности раздела течения металла в радиальном направлении [73]. Для его вычисления может быть рекомендована формула (2.93), полученная в главе 2.
Величина радиуса поверхности раздела течения, закономерно связанная с текущими значениями в процессе осадки непрерывно изменяется. При этом не остается постоянным и соотношение объемов двух частей, на которые поверхность раздела течения разбивает все кольцо (рис.4.1а,б).
Указанное обстоятельство приводит к тому, что при заданных начальных размерах деформируемого тела не представляется возможным определить его конечные размеры, минуя рассмотрение промежуточных стадий формоизменения. Поэтому для решения рассматриваемой задачи приходиться прибегать к разделению процесса на ряд этапов, полагая, что на каждом элементарном этапе радиус раздела сохраняется постоянным. Тогда, определив размеры тела в конце предшествующего этапа можно с помощью формулы (2.49) определить радиус поверхности раздела на последующем этапе. Переходя, таким образом, последовательно от одного этапа к другому можно определить интересующие нас конечные размеры деформируемого кольца 49 .
