Введение к работе
Актуальность темы.
Перед отечественным машиностроением стоит задача по разработке принципиально новых технологий и оборудования, конкурентоспособных на мировом рынке, позволяющих изготавливать изделия при наименьших затратах на их производство. В настоящее время повышение эффективности процессов холодной штамповки остается одной из важных задач промышленного производства. Наименьшая трудоемкость, высокая производительность, возможность ресурсосбережения – это основные требования, предъявляемые к внедряемым методам изготовления того или иного класса изделий.
В различных отраслях промышленности широко используются ступенчатые трубные детали с переменными диаметром и толщиной стенки, где ступени с меньшим диаметром соответствует меньшая толщина стенки (переходники трубопроводов высокого давления, ниппели, сопла и т.д.). При существующих методах их изготовления коэффициент использования материала не превышает 0,5 при механической обработке толстостенной трубы и 0,85 при обжиме трубных заготовок с достаточно большим припуском под последующую механическую обработку. Одним из путей повышения эффективности процессов холодной объемной штамповки является изготовление точных поковок близких по своим геометрическим параметрам к готовому изделию. Штамповка трубных заготовок с изменением диаметров и утонением стенки позволит значительно повысить эффективность изготовления ступенчатых деталей за счет снижения сроков их производства, повышения коэффициента использования материала и снижения трудоемкости последующей механической обработки.
В связи с чем, актуальным является дальнейшее развитие теоретических и экспериментальных исследований для разработки научно-обоснованных методик по реализации процесса штамповки точных осесимметричных поковок с переменными диаметром и толщиной стенки из трубных заготовок.
Работа выполнена в соответствии с грантом Президента РФ на поддержку ведущих научных школ на выполнение научных исследований (гранты № НШ-1456.2003.8 и № НШ-4190.2006.8), государственным контрактом Федерального агентства по науке и инновациям (№02.513.11.3299), грантом РФФИ №04-01-96712-p2004центр «Математическое моделирование процессов знакопеременного деформирования металлов и их сплавов» (2004-2006 гг.).
Цель работы. Повышение эффективности процесса штамповки точных осесимметричных поковок с переменными диаметром и толщиной стенки из трубных заготовок путем теоретического и экспериментального обоснования технологических режимов деформирования, обеспечивающих уменьшение трудоемкости, металлоемкости и сокращения сроков изготовления точных осесимметричных поковок.
Для достижения указанной цели в работе были поставлены и решены следующие задачи исследований:
1. Создать математическую модель процесса штамповки точных осесимметричных поковок с переменными диаметром и толщиной стенки из трубных заготовок с учетом упрочнения и разупрочнения металла в процессе деформирования.
2. Установить закономерности влияния технологических параметров и геометрии инструмента на силовые режимы и предельные возможности исследуемого процесса пластического деформирования.
3. Провести экспериментальные исследования силовых режимов процессов обжима и обжима с утонением стенки трубных заготовок.
4. Разработать научно-обоснованные рекомендации по проектированию технологических процессов получения точных осесимметричных поковок с переменными диаметром и толщиной стенки из трубных заготовок.
5. Разработать технологический процесс изготовления поковки детали «Переходник трубопровода», использовать результаты исследований в промышленности и учебном процессе.
Методы исследования. Деформированное состояние заготовки в процессе штамповки осесимметричных поковок с переменными диаметром и толщиной стенки из трубных заготовок принимается плоским, что оправдано малыми отношениями толщины стенки заготовки к диаметру. Решение плоской задачи осуществлено методом верхних оценок с использованием ЭВМ путем построения разрывного поля скоростей, состоящего из жестких блоков. Средние значения интенсивностей касательных напряжений на линиях разрыва определялись из уравнений для работ упрочнения при переходе через линии разрыва. При проведении экспериментальных исследований использованы современные испытательные машины и регистрирующая аппаратура. Обработка опытных данных проводилась методами математической статистики.
Автор защищает:
- математическую модель процесса штамповки точных осесимметричных поковок с переменными диаметром и толщиной стенки из трубных заготовок в конических матрицах с учетом упрочнения и разупрочнения металла в процессе деформирования;
- закономерности влияния технологических параметров и геометрии инструмента на силовые режимы и предельные возможности процесса штамповки точных осесимметричных поковок с переменными диаметром и толщиной стенки из трубных заготовок;
- экспериментальные зависимости изменения толщины стенки на конусе поковки и силовых режимов процессов обжима и обжима с утонением от технологических параметров и геометрии инструмента;
закономерности влияния технологических параметров и геометрии инструмента на формирование геометрических показателей качества изготавливаемых осесимметричных поковок обжимом с утонением;
- рекомендации по проектированию технологических процессов изготовления точных осесимметричных поковок с переменными диаметром и толщиной стенки из трубных заготовок;
технологический процесс изготовления точной осесимметричной поковки с переменными диаметром и толщиной стенки из трубной заготовки детали «Переходник трубопровода» из малоуглеродистой стали.
Научная новизна:
- установлены закономерности изменения силовых режимов и предельных возможностей пластического формоизменения от технологических параметров и геометрии инструмента на основе разработанной математической модели процесса штамповки точных осесимметричных поковок с переменными диаметром и толщиной стенки из трубных заготовок с учетом упрочнения и разупрочнения металла в процессе деформирования;
- выявлены рациональные режимы формоизменения, обеспечивающие требуемые геометрические показатели качества изготавливаемых поковок из стали 20 на основе разработанной математической модели процесса обжима с утонением стенки.
Практическая значимость. На основе выполненных теоретических и экспериментальных исследований разработаны рекомендации по расчету технологических параметров процесса штамповки точных осесимметричных поковок с переменными диаметром и толщиной стенки из трубных заготовок, обеспечивающие требуемые геометрические показатели качества изготавливаемых поковок из малоуглеродистой стали.
Реализация работы. Разработан технологический процесс, обеспечивающий уменьшение трудоемкости и металлоемкости изготовления точных осесимметричных поковок с переменными диаметром и толщиной стенки из трубных заготовок. Технологический процесс принят к внедрению в опытном производстве на ОАО «ТНИТИ» (г. Тула). Отдельные результаты исследований использованы в научно-исследовательской работе студентов, при выполнении курсовых и дипломных проектов, в дисциплинах «Технология листовой штамповки» и «Новые технологические процессы и оборудование» для студентов, обучающихся по направлениям 150200 «Машиностроительные технологии и оборудование» и 150400 «Технологические машины и оборудование» специальности 150201 «Машины и технология обработки металлов давлением».
Апробация работы. Результаты исследований доложены на международной молодежной научной конференции XXIX «Гагаринские чтения» (г. Москва: МГТУ «МАТИ», 2003, 2007 г.), на международной научно-технической конференции, посвященной 70-летию кафедры «Высокоэнергетические устройства автоматических систем» (г. Санкт-Петербург: БГТУ «Военмех» им. Д.Ф. Устинова, 2005 г.), на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Тульского государственного университета (2002-2007 гг.).
Публикации. Основные научные результаты проведенных исследований отражены в 4 статьях центральной печати в межвузовских сборниках научных трудов входящих в «перечень ведущих научных журналов и изданий, выпускаемых в Российской Федерации, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученой степени доктора наук», в 2 статьях других научных изданий и 3 тезисах Всероссийских и международных научно-технических конференций объемом 3,6 печ. л.; из них авторских – 0,5 печ. л.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения и пяти разделов, заключения, списка использованных источников из 125 наименований, 3 приложений и включает 93 страницы машинописного текста, содержит 78 рисунков и 17 таблиц. Общий объем - 151 страница.
