Введение к работе
Актуальность проблемы. Бурное развитие строительства в России требует применения новых высокоэкономичных заготовок. Одним из видов таких заготовок являются длинномерные гнутые перфорированные профили. Штамповка при их изготовлении имеет ограниченные возможности в отношении длины и сложности сечения профилей.
Технология производства данных профилей в роликах может иметь различные варианты сочетаний процессов перфорации и профилирования:
Перфорация ленты в штампе - профилирование в роликах.
Перфорация ленты в роликах - профилирование.
Профилирование ленты - перфорация в штампах (роликах).
Третий из указанных процессов имеет существенное ограничение: перфорирование сформованного профиля возможно лишь на открытых участках (преимущественно на донной части профиля или на горизонтальных полках).
Преимуществом первого процесса является высокая точность размеров пробиваемых отверстий и их расположения, если перфорация осуществляется на прессе с шаговой подачей заготовки (вне линии профилирования). Однако в этом случае требуется дополнительная линия перфорации.
Во втором процессе перфорация может осуществляться в первых клетях профилировочного станка. Этот вариант технологии является предпочтительным, хотя возможно и встраивание перфорирующего пресса в линию профилирования. Эти два варианта технологии служили объектом исследований в диссертации. Предметом изучения являлись профили преимущественно типовой номенклатуры с отверстиями круговой или прямоугольной формы со скруглением в угловых зонах, изготавливаемые из тонколистовых заготовок из низкоуглеродистых сталей. При этом применяли метод интенсивного деформирования (МИД), характеризуемый применением закрытых калибров, подсадкой полок и другими отличиями по сравнению с традиционным профилированием (ТП) и стесненным изгибом (СИ). МИД обеспечивает высокую эффективность в условиях мелкосерийного производства в связи с использованием малогабаритного оборудования, меньшего количества технологического оснащения.
Однако широкому внедрению данного метода для производства перфорированных профилей препятствует отсутствие классификаторов факторов, влияющих на деформацию отверстий, надежных математических моделей процесса формообразования, рекомендаций по повышению качества профилей, методики проектирования технологии, технических решений по перфорации заготовки в роликах небольшого диаметра и т.д.
Работа нацелена на выработку технических и технологических решений, устраняющих указанные недостатки, чем обосновывается актуальность темы.
Работа выполнена в Ульяновском государственном техническом университете в соответствии с тематическим планом кафедры «Материаловедения и ОМД» и по договору Д10-195/20-УП от 20.10.2006 г. «Интенсификация формообразования заготовок» с ООО НИЦ «МИТОМ» (г. Ульяновск) при содействии ОАО «Ульяновский НИАТ» и ООО «НПО «ИДМ» (г. Ульяновск).
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является разработка на основе комплексных теоретических и экспериментальных исследований научно обоснованной методики проектирования технологического процесса изготовления гнутых тонкостенных перфорированных профилей методом интенсивного деформирования, позволяющей повысить качество перфорированных профилей, уменьшить трудоемкость и затраты на освоение технологии на 12 - 15 %.
Для достижения поставленной цели ставятся следующие основные задачи:
разработать и исследовать классификатор факторов, влияющих на деформацию отверстий в перфорированной заготовке;
разработать математические модели, устанавливающие напряжения в прилегающей к отверстиям зоне при нагружении по кромке, и прогнозирующей ослабление разрушающей нагрузки при предельной нагрузке;
разработать математическую модель подсадки заготовки с учетом упрочнения в зоне изгиба и дрейфа нейтрального слоя деформаций при торцевом поджатии;
модифицировать методику расчета числа переходов;
- разработать математическую модель локального продавливания отверстия по
торцу заготовки;
провести необходимые для создания технологии экспериментальные исследования и конечноэлементное моделирование в среде ANYSIS процесса формообразования перфорированных профилей;
создать методику разработки технологии изготовления МИД перфорированных профилей;
разработать конструкцию перфорирующей роликовой пары для автоматических линий профилирования
внедрить разработки в производство.
Научная новизна работы заключается в: 1) разработанном и исследованном классификаторе факторов, влияющих на деформацию отверстий в перфорированной заготовке; 2) математической модели, устанавливающей напряжения в прилегающей к отверстиям зоне при нагружении по кромке, и прогнозирующей ослабление разрушающей нагрузки при ее предельном значении; 3) математической модели подсадки заготовки с учетом упрочнения в зоне изгиба и дрейфа нейтрального слоя деформаций при торцевом поджатии; 4) впервые решенной методом баланса работ задаче локального продавливания отверстия по торцу заготовки; 5) экспериментальных зависимостях, полученных в полнофакторном эксперименте и в результате конечноэлементного моделирования в среде ANYSIS; 6) созданной методике разработки технологии изготовления МИД перфорированных профилей; 7) техническом решении патента на полезную модель роликовой пары для перфорации.
Методы исследования, использовавшиеся в работе: 1. Методы теории обработки металлов давлением; 2. Метод натурного эксперимента; 3. Геометрические методы измерения линейных и угловых величин; 4. Ко-нечноэлементный анализ (средствами ANSYS); 5. Методы статистического анализа и полнофакторного эксперимента с использованием прикладных программ MathCAD2001 и EXCEL 2003.
Достоверность результатов обеспечивается совпадением теоретических и экспериментальных данных соискателя и данных других авторов, в основном, в пределах 10 - 15 %, результатами внедрения, а также применением современных средств вычислительной техники и апробированных прикладных программ.
Практическая ценность. Создан эффективный алгоритм (методика) проектирования технологии изготовления гнутых перфорированных профилей, использующий разработанные модели и критерии формообразования. Методика используются разработчиками технологии в ОАО «Ульяновский НИАТ» (имеется акт внедрения), а также может применяться на промышленных предприятиях РФ, где имеется профилегибочное оборудование, в организациях, занимающихся разработкой технологии и оборудования в области профилирования. В ООО «НПО «ИДМ» (г. Ульяновск) внедрено техническое решение патента на полезную модель, созданного автором, которое используется в двух автоматических линиях производства перфорированных профилей. Расчетный годовой экономический эффект составляет 420 тыс. руб.
Апробация работы. Результаты работы прошли апробацию на: 1. XXXVI научно-технической конференции УлГТУ «Вузовская наука в современных условиях», Ульяновск, 2002 г. 2. XXXVII научно-технической конференции УлГТУ «Вузовская наука в современных условиях», Ульяновск, 2003 г. 3. Всероссийской научно-технической конференции «Современные проблемы машиностроения и транспорта», Ульяновск, 2003 г. 4. XXXVIII научно-технической конференции УлГТУ «Вузовская наука в современных условиях», Ульяновск, 2004 г. 5. Научно-техническом форуме с международным участием «Высокие технологии 2004». - Ижевск, 2004 г. 6. Международной научно-технической конференции «Актуальные вопросы промышленности и прикладных наук» (ЗНТК-2004), Ульяновск, 2004 г. 7. XXXIX научно-технической конференции УлГТУ «Вузовская наука в современных условиях», Ульяновск, 2005 г. 8. 49-й Международной научно-технической конференции МАМИ «Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки инженерных и научных кадров», Москва, 2005 г. 9. Всероссийской научной конференции «Наука и технологии», г. Миасс, 2008 г.
В полном объеме диссертационной работы результаты докладывались на кафедре «Материаловедение и ОМД» Ульяновского государственного технического университета.
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 14 печатных работах, в том числе 1 патенте на полезную модель, а также двух статьях в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения: основных результатов и выводов, списка литературы из 146 наименований, приложения и включает 145 страниц машинописного текста, 96 рисунков, 8 таблиц.
