Введение к работе
Актуальность? Осесимметричные детали ступенчатой формы с отверстиями или без них широко применяются в различных отраслях промышленности. Это детали, у которых форма и размеры наиболее рационально соответствуют воспринимаемым нагрузкам.
Эффективными способами получения подобных детатей являются процессы пластического деформирования материалов с локальным приложением нагрузки, такие, как вальцовка, поперечно-клиновая прокатка, обкатка, ротационная вытяжка, ротационное выдавливание, сферодвижная штамповка, торцовая раскатка, непрерывно-последовательная высадка и др. Вследствие локальности деформирования снижается технологическая сила операции (по сравнению с традиционной штамповкой), что обеспечивает значительное снижение металлоемкости оборудования, повышение стойкости инструмента и увеличение коэффициента использования металла. Несмотря на ряд очевидных преимуществ, подобные способы обладают существенными технологическими ограничениями, в частности, невозможностью получения отверстия или полости с одновременным формированием ступенчатой боковой поверхности детали, а также изготовления деталей с периодическим профилем боковой поверхности.
Более широкими технологическими возможностями обладает метод обработки, сочетающий в едином процессе операции объемной штамповки и локальное деформирование боковой поверхности заготовки роликами, получивший название "валковая штамповка". В ходе операции создается комплексное непрерывно-дискретное нагружение очага деформации, которое за счет интенсификации пластического течения металла позволяет, снимая указанные ограничения', получать подобные детали на одной позиции обработки.
Однако, влияние технологических параметров процесса на напряженно-деформированное состояние и характер пластического течения металла в очаге деформации недостаточно исследовано. Таким образом, задача проведения подобных исследований и разработка на их основе процессов изготовления осесимметричных деталей ступенчатой формы является актуальной.
Работа соответствует "Критическим технологиям федерального уровня", утвержденным председателем Правительственной комиссии по научно-технической политике #21 июля 1996 г. по направлению "Модульные технологии производства массовой металлопродукции с новым уров-
нем свойств". Диссертационная работа выполнялась в соответствии с на-. учно-техническими программами: "Высокие технологии высшей школы" (утверждена приказом № 486 от 20.03.96 "Об утверждении перечня минву-зовских научно-технических программ на 1996 г."), проектом "Исследование пластического течения металла при локальном и комплексном нагру-жении", выигравшим конкурс-грантов в 1996 г., проектом "Технология и оборудование для производства деталей методом валковой штамповки", вошедшим в единый заказ-наряд ГКВО РФ в 1994 г.
Целью представляемой работы является научное обоснование и разработка процессов холодной объемной штамповки с локальным деформированием заготовки, обеспечивающие получение качественных осесим-. метричных ступенчатых деталей.
Для достижения поставленной цели были сформулированы следую- - щие основные задачи исследования:
1. Провести теоретический анализ процесса .холодной валковой
штамповки с целью выявления влияния технологических параметров про
цесса да.напряженно-деформированное состояние ц характер пластическо
го течения металла в очаге деформации под воздействием локального не-
- прерывно-дискретного нагружения; . '.
2. Разработать методику и экспериментально исследовать процесс
холодной валковой штамповки с целью проверки правильности теоретиче
ских расчетов и определения влияния основных технологических парамет-
;" ров на формоизменение заготовки в процессе деформирования;"
3. Разработать на основе экспериментальных и теоретических дан-
> ! ных процессы холодной валковой штамповки для получения широкой но
менклатуры осесимметричных деталей; . -..
4. Разработать средства технологического оснащения для реализации
предложенного способа холодной валковой штамповки осесимметричных
ступенчатых деталей. - - '
Научная новизна работы: &- .
впервые проведен теоретический анализ процесса холодной валковой штамповки на базе метода конечных элементов и выявлено влияние технологических параметров процесса на напряженно-деформированное состояние, и характер пластического течения металла в очаге деформации;
разработана методика и экспериментально исследован.процесс холодной валковой штамповки, установлены факторы, влияющие на качество получаемых изделий и результаты теоретического анализа;.-
выявлены новые технологические эффекты валковой штамповки,
которые делают возможным получение деталей с высокой тонкой стенкой, а также деталей со сквозным отверстием без отхода материала при существенном снижении сил деформирования. Положения, выносимые на защиту:
1. Результаты теоретического исследования напряженно-деформи
рованного состояния заготовки;
-
Закономерности влияния технологических параметров процесса на напряженно-деформированное состояние и характер пластического течения металла в очаге деформации под воздействием локального непрерывно-дискретного нагружения;
-
Методика и результаты экспериментальных исследований формоизменения заготовки при холодной валковой штамповке;
-
Разработанные процессы холодной валковой штамповки осесим-метричных деталей, которые позволяют получать изделия сложной формы с заданными техническими параметрами;
-
Технические решения для разработки принципиально нового оборудования изготовления деталей методом валковой штамповки.
Методика исследований. Теоретические исследования напряженного и деформированного состояния (НДС) заготовки при валковой штамповке осесимметричных деталей выполнены на основе теории пластического течения. Моделирование изменений НДС в процессе обработки проводилось на персональном компьютере (класса Pentium) при помощи пакета прикладных программ "ШТАМП", реализующего анализ упруго-пластических моделей методом конечных элементов (МКЭ). Перевод элементов в пластическое состояние реализован по способу Ямада. Экспериментальное исследование проводилось на специально изготовленном оборудовании с использованием комплекта сменной оснастки (пуансоны, ролики и др.), напряжения в пластической области определялись методом измерения твердости. При проведении исследований применялись методы математической статистики планирования эксперимента н обработки полученных результатов.
Достоверность результатов математического моделирования обеспечивается использованием принципа двойственности в решении вариационной задачи, что дает двустороннее ограничение погрешности в виде верхней и нижней оценок.
Точность экспериментальных данных обеспечивается применением современных .методов, и аппаратуры при исследовании процессов формо-
изменения заготовок. Совпадение расчетных и экспериментальных данных также подтверждает их достоверность.
Практическая ценность. На основании экспериментальных и теоретически исследований разработаны процессы холодной валковой штамповки осесимметрнчных деталей, которые позволяют получать изделия сложной формы с заданными техническими параметрами, а также снизить трудоемкость и расширить возможности методов обработки металлов давлением.
Новизна технических решений подтверждена 2 патентами РФ.
Реализация работы. Разработана, изготовлена и экспериментально опробована на примере изготовления детали-представителя (штуцер термодатчика Т-132 номенклатуры АО "Орлэкс") опытно-промышленная установка холодной валковой штамповки деталей приборостроительной номенклатуры. На основании анализа результатов экспериментальных и теоретических исследований разработан проект многопозиционной автоматизированной промышленной установки валковой штамповки.
Некоторые результаты работы включены в учебный процесс подготовки специалистов по специальности 120400.
Апробация работы. По содержанию работы был выполнен ряд докладов и сообщений, в том числе: на международной научно-технической конференции "Проблемы пластичности в технологии" в г. Орле в 1995, 1997 годах; на республиканской научно-технической конференции "Металлические материалы, методы их обработки" в г. Москве в 1994 году, а также на региональных научно-технических конференциях в г. Орле в 1994-1997 годах.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 10 печатных работ, в том числе 2 патента на изобретение.
Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на *3* страницах машинописного текста, содержит S рисунков и фотографий, 2. таблиц и список использованной литературы ( 8^ наименования). Диссертация состоит из введения, 4 основных разделов и общих выводов по работе.