Введение к работе
Актуальность работы. Осесимметричные поковки составляют значительную часть номенклатуры кузнечно-штсмповочных цехов. Наиболее распространенным и универсальным способом их изготовления остается штамповка в открытых штампах. Неизбежные при этом большие потери металла в отходы на облей и кузнечные напуски обуславливают необходимость разработки малоотходных технологических процессов.
Одной из прогрессивных технологий изготовления осесимметрнчных поковок является малоо гходная безуклонная штамповка (МБШ). МБШ позволяет сократить расход металла за счет устраненіія или значительного сокращения напусков на штамповочные уклоны и уменьшения облоя без привлечения дополнительного оборудования, а также снизить трудоемкость последующей механической обработки поковок. Для изготовления поковок по безуклонной технологии достаточно обычной точности дозировки объема заготовки, конструкция штампов проста, их стойкость и надежность работы не являются сдерживающим фактором.
Малоотходная штамповка высоких кольцевых поковок (с Н/О„>0,45, где // - высота поковки, Д, - ее наружный диаметр) наиболее эффективна, поскольку с ростом высоты и массы поковки растет и доля напусков на штамповочные уїслоньї в общем объеме отходов металла, но, в то же время, наименее изучена и недостаточно широко применяется на практике.
Анализ номенклатуры осесимметричных поковок ряда кузнечно-штамповочпых заводов, проведенный для обоснования необходимости дальнейших исследований операций МБШ, показал, что кольцевые поковки составляют значительную часть, изменяющуюся от 16% на АО «Иж-сталь» до 45% на Курганском машиностюительном заводе (КМЗ). Доля чмеоких поковок с f-//D„>0,4 в обшем объеме кольцевых поковок также зиачшельиа п составляет от 19% на АО хКировскпй завод» (г. Санкт-
Петербург/ ли 69% на КМЗ. Использование известных операций МБШ для устранения >кломов на пжих поковках приводит либо к значительным отклонениям профиля и формы поковки (торцевой заусенец, искривление стенки) при прямом и обратном обжиме, либо к снижению производительности штамповочной линии и сложности наладки штампов при обжиме в две стадии. Совмещение обжима (как прямого, так и обратного) с раздачей, позволяющее устранить указанные недостатки, малоисследовано, отсутствуют методики расчета и оптимизации параметров технологических процессов и инструмента для обжима-раздачи поковок, что сдерживает внедрение этих прогрессивных операций в производство.
В связи с изложенным представляется актуальным и своевременным исследование и совершенствование технологических процессов МБШ с использованием обжима-раздачи высоких кольцевых поковок и создание научно обоснованных рекомендаций по расчету параметров процессов.
Цель работы. Целью настоящей работы является исследование обжима-раздачи поковок, разработка научно обоснованной методики расчета параметров технологического процесса и новых схем обжима-раздачи.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
-
Провести анализ существующих схем устранения уклонов и выявить потенциал совмещенных операций н возможности их совершенствования.
-
Выполнить теоретическое и экспериментальное исследования.
-
Разработать методику расчета параметров технологических процессов обжима-раздачи высоких кольцевых поковок.
-
Определить области рационального применения совмещенных операций.
-
Разработать подсистему САПР МБШ дня обжима-раздачи.
Методы исследования. Теоретическое псследоваши выполнено при помолш имитационного математического моделирования процессов устранения уклонов с применением метода конечных элементов (МКЭ) и же-стко-вязкопластичпоГі постановке. Решение задачи проведено с использованием вариационного принципа. Использован математический аппарат теории обработки металлов давлением.
Экспериментальная проверка полученных теоретических положений проведена в лабораторных условиях на свинцовых образца1;. Для определения формоизменения образцов применены методы световой и электронной микроскопии. Результаты эксперимента обработаны методами математической статистики.
Научная новизна работы, определяемая совокупностью научных положений, полученных в результате теоретических к экспериментальных исследований, заключается в следующем:
» исследовано напряженно-деформированное состояние поковки и установлены закономерности течения металла при обжиме-раздаче поковок и, в результате их сравне я с напряженно-деформированным состоянием поковки при традиционных процессах МБШ, обоснована целесообразность совмещения oi jpa-инй;
о выявлены возможности совершенствования обжима-раздачи за счет создания в поковке дополнительной зоны раздачи,
установлены оптимальные соотношения между зонами обжима и раздачи в зависимости от размеров поковок и схемы совмещения операций;
« установлены области рациональною применения совмещении к процессов обжима-раздачи.
Практическая ценность заключается в разработке научно обоснованной методи*і/ проектирования технологических процессов обжима-раздачи, чертежей поковок и штампов, обеспечивающей получение поковок требуемой точности с минимальными кузнечными напусками. Результаты работы представлены в виде, удобном0для инженерного использования.
Разработана подсистема САПР іехнологического процесса МБШ с использованием обжима-раздачи.
Результаты работы использованы при разработке технической документации для поковки «Шестерня» на АО «Ижсталь» и рекомендованы к использованию на АО <лКнровский завод» (г. Санкт-Петербург) для двух наименований поковок, получаемых без штамповочных уклонов.
Методические разработки используются в учебном процессе на кафедре «М и ТОМД» Ижевскою государственного технического университета.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована использованием проверенной математической модели, сходимостью полученных результатов с экспериментальными данными и соогвгз-стиием результатам работ, выполненных другими авторами.
Апробации работы. Основные положення и материалы работы доложены и обсуждены на международной научно-практтгческой конференции «Проблемы системного обеспечения качества продукции промышленности» (г. Ижевск, 1997 г.), научно-технической конференции «Совершенствование процессов и оборудования кузнечно-штамновочного производства» (г. Нижний Новгород, 1997 г.), научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Ижі ТУ (1996 - 1998 г.г.), науч-
ных семинарах кафедры «Машины и технология обработки металлов тав-лепием» ИжІТУ (1996 - 1998 г.г.).
Публикации. Основное содержание работы опубликовано л шести печатных работах.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов. Работа изложена на 152 страницах машинописного текста, содержит 72 рисунка, 9 таблиц и список литературы из 145 наименований.