Введение к работе
Актуальность работы. Широкое применение на машиностроительных вводах холодной и полугорячей объёмной штамповки (высадка, калиб->вка и пр.), особенно на автоматических линиях, внедрение процесів прерывистого, полунепрерывного и непрерывного прессования эедъявляпт все более высокие требования к повышению работоспособном деформирующего инструмента и прессовой оснастки. Вместе с зм, стойкость инструмента подобного назначения остается до после-яего времени довольно низкой, несмотря на значительное количест-э исследований по совершенствованию его конструкций, технологии зготовления, применению разнообразных инструментальных материа-db повышенной прочности и износостойкости и т.п.
Решение этой важной народнохозяйственной задачи связано с правлением рядом факторов, ответственных за работоспособность нструмента: температурный фактор, напряженно-деформированное остояние объекта, реакция материала на заданный нагрузочный ко-плекс. Вопросы исследования и управления температурным полем, а акже материаловедческие решения достаточно подробно изучены в ногочисленных работах, выполненных в последнее десятилетие. К ислу менее изученных следует отнести вопросы оценки и направленого изменения напряженно-деформированного состояния в контакт-ых зонах инструмента. Сложившееся положение объясняется:
отсутствием систематических данных по зависимости износо-тойкости и контактной жесткости поверхностных зон деталей дефор-ирующего инструмента от напряженного состояния, формирующегося ри направленной конструкторской проработке и в процессе техноло-ической обработки его деталей;
отсутствием алгоритма расчета напряженно-деформированного остояния ( в особенности для сложно-профильного инструмента) с ыходом на гарантированную работоспособность;
4.
недостаточным использованием численных методов расчета, ориентированных на электронно-вычислительные машины, для исследования напряженного состояния деформирующего инструмента;
сложностью получения достоверной информации о внешнем тем-пературно-силовоы воздействии на инструмент.
Соответственно поиск научно-обоснованного технического решения, приводящего к повышению работоспособности деформирующего инструмента и имеющего важное народнохозяйственное значение, сохраняет свою актуальность.
Работа выполнена в I967-I99I годах по координационным планам МИНВУЗа КЖР и МИНАВТОПРОМа СССР в двух отраслевых лабораториях машиностроительного факультета Самарского политехнического института.
Целью работы является научно-обоснованное техническое решение способствующее совершенствованию деформирущего инструмента направленным изменением его напряженного состояния конструкторскими и технологическими воздействиями, внедрение которого имеет важное народнохозяйственное значение.
Достижение поставленной цели осуществлено:
разработкой концепции, обеспечивающей совершенствование деформирующего инструмента, в первую очередь, методами направленного измерения напряженного состояния для создания в инструменте поля предварительных сжимающих напряжений, способствующих повышении износостойкости и контактной жесткости его рабочих зон;
установлением закономерностей влияния предварительных (остаточных) и рабочих напряжений в инструменте на износостойкость
и контактную жесткость его поверхностных зон;
- теоретическими исследованиями упругого и упруго-пластичес
кого напряженно-деформированного состояния в расчетных моделях
инструмента;
5.
разработкой и использованием методов исследования количес-венньк закономерностей контактно-силового воздействия в инстру-енталышх объектах;
разработкой и применением алгоритма проектирования и рас-ета деформирующего инструмента с оптимальным по износостойкости
контактной жесткости напряженным состоянием в его деталях;
- лабораторными и производственными испытаниями работоспосо-
ности разнообразного инструмента, а также промышленной апробаци-
й разработанных конструкций.
Научная новизна работы заключена:
- в концепции совершенствования работоспособности де-юрмируюцего инструмента на основе использования неравнопрочных инструкций и направленного изменения в них поля напряжений, вли-гацих на износостойкость и контактную жесткость рабочих зон, кон-трукторскими и технологическими решениями;
в теоретически обоснованном и экспериментально подтвержден-юм наличии экстремальной зависимости износостойкости и контакт-гай жесткости поверхностных зон инструмента от компонентов резу-ътирующего напряженного состояния, регулируемых методами скреп-:ения (выполнено на базе нового способа исследований по а.с. '23426);
в математических моделях для аналитических и численных іасчетов и полученных решениях напряженного состояния в деформи-іущем инструменте;
в методике и результатах теоретического и эксперименталь-гого исследования контактной жесткости и поля остаточных напряже-[Ий, формируемого в предварительно напряженных деталях инструменты при шлифовании и упрочнении поверхностных зон;
в разработанных неразрушаицих инструмент способах и резу-іьтатах экспериментального определения эпюр контактных давлений
6.
по а.с. 565047.
Практическая ценность полученных в работе результатов (по мнению автора) заключена:
в повыпении работоспособности тяжелонагруженного деформиру «цего инструмента целенаправленным скреплением формообразущих вставок;
в рационализации технологии механической обработки рабочих зон напряженных деталей штамповых конструкций;
в установленных количественных закономерностях распределения контактных давлений в рабочей зоне инструмента;
в разработанной методике проектирования и прочностных расчетов скрепленного деформирующего инструмента;
в результатах от внедрения в производство многослойных штампов на ряде подшипниковых заводов ( 4 ГПЗ, 9 ГПЗ, 15 1113), на Самарском ПО - завод им.Тарасова, Самарском "Заводе клапанов"; упругих пресс-шайб на металлургических заводах (Белая Калитва -
- БКМЗ, Каменск-Уральск - КУМЗ), четырехслойных контейнеров на Самарском металлургическом ПО - Завод им.В.И.Ленина.
Применение разработанного инструмента обеспечило получение подтвержденного годового экономического эффекта свыше 500 тыс. руб. (в ценах до 1991 г.).
Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены: на Первой сессии Поволжского совета (г.Казань, 1963); на Общесоюзной конференции "Теплофизика процессов механической обработки давлением" (г.Куйбьшев, 1966); на Объединенных технических совещаниях в НИШВТОПРОМе (г.Москва, 1967); на Втором научно-техническом совещании по инструментальным сталям (г.Запорожье, 1968); на Общесоюзной конференции "Опыт внедрения прогрессивных методов о'бработки металлов давлением" (г.Тула, 1968); на Меж вузовской конференции "Исследование износа с целью выявления пу-
7. тей повышения срока службы и качества выпускаемых машин" (г.Москва, 1868); на КПТИ (г.Запорожье, 1968); на Межвузовской конференции "Теория формирования технологических напряжений и их инженерное приложение" (г.Запорожье, 1969); на Всесоюзной научно--технической конференции "Контактная жесткость в машиностроении" (г.Тбилиси, 1974); на Четвертой Всесоюзной мезвузовской научно--технической конференции "Научные основы автоматизации производственных процессов в машиностроении и приборостроении" (г.Москва, 1975); на Общесоюзном научно-техническом совещании "Контактная жесткость в машиностроении" (г.Куйбышев, 1977); на Всесоюзной научно-технической конференции "Повьшение качества и эффективности изготовления технологической оснастки методами пластического деформирования" (г.Таллин, 1977); на Областной научно-практической конференции "Обеспечение качества в машиностроении" (г.Новосибирск, 1978); на Десятой Всесоюзной конференции по прессованию металлов (г.Москва, 1985); на Областной научно-технической конференции "Автоматизация и комплексная механизация тепловых процессов" (г.Сызрань, 1937); на Межвузовской конференции "Прогрессивные инструменты и методы обработки резанием авиационных материалов" (г.Куйбышев, 1989).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 47 работ, в том числе одна монография, 32 статьи и 4 авторских свидетельства.
Ст^к^гу_р^и_объём_работы. Диссертация состоит из введения, шести глав и общих выводов на 340 с; содержит 155 иллюстраций, список использованных источников (261 наименование) и приложение (отдельный TOMJ.
8.
Проблема совершенствования деформирующего инструмента носит комплексный характер. В её решение значительный вклад внесли работы отечественных ученых А.И.Брюханова, О.А.Ганаго, Я.М.Охрименко В.Н.Северденко, Б.Ф.Трахтенберга и ряда других исследователей. В их работах применительно к деформирующему инструменту выделены и рассмотрены основные факторы, регламентирующие его работоспособность.
Среди этих факторов особо отмечена важность регулирования напряженного состояния поверхностных зон деформирующего инструмента и в особенности технологических остаточных напряжений.
Однако применительно к деформирующему инструменту вопросы формирования остаточных напряжений изучены недостаточно. Традиционные технологические методы (шлифование, поверхностное упрочнение и др.) формируют поле напряжений только в контактных зонах и, по-существу, не затрагивают напряженного состояния всей штамповой конструкции. Вместе с тем длительная работоспособность деформирующего инструмента вцелом определяется как полем напряжений в контактных зонах, так и напряженным состоянием в материале всех ответственных деталей инструмента.
В соответствии с изложенным цель и задачи настоящей работы направлены на теоретические и экспериментальные разработки, обеспечивающие увеличение ресурса деформирующего инструмента (штампы для холодной и полугорячей штамповки, упругие пресс-иайбы и тя-желрнагруженные контейнеры для прессования легких сплавов) за счет направленного изменения поля остаточных упругих и упруго--пластических напряжений в инструментальных объектах конструкторскими и технологическими методами.