Введение к работе
Актуальность темы. Основная задача, стоящая перед машиностроителями - улучшение технологических показателей, снижение веса машин и механизмов при повышении их долговечности и надежности. Детали типа валов и осей являются одними из наиболее нагруженных деталей машин и механизмов и применяются во всех отраслях машиностроения. С целью повышения их работоспособности и долговечности в настоящее время начали применять экономичные конструкции полых валов и осей со сквозной рабочей полостью для подачи охлаждающей жидкости или смазки. Наиболее распространенный метод их изготовления - мехаїшческая обработка резанием сплошных кованных или катанных заготовок, приводящая к значительным отходам металла и отличающаяся невысокой производительностью. Актуальная задача интенсификации производства этой группы деталей - переход к качественно новой и более совершенной технологии, использующей методы обработки металлов давлением и, в частности, современные технологии кузнечно-пггамповочного производства.
Одними из прогрессивных методов заготовительного кузнечно-штамповочного производства при изготовлении полых длинномерных изделий, являются процессы продольного редуцирования обжимом трубных заготовок через матрицы. Эти процессы имеют ряд преимуществ перед традиционными технологиями прессования, продольной и поперечной прокатки, выдавливания, волочения и радиальной ковки, обычно применяемых для этих целей в машиностроении. Преимущества заключаются в меньшей энергоемкости и металлоемкости деформирующего оборудования, более высокой гибкости технологии, более простой конструкции инструмента и др. Кроме того, эти процессы обеспечивают возможность эффективного производства ступенчатых полых поковок типа валов и осей из большинства марок среднелегированных конструкционных сталей на
4 имеющемся специализированном оборудовании цехов и участков кузнеч-но-штамповочных цехов.
В то же время, хотя процессы редуцирования сплошных заготовок изучены достаточно хорошо, имеющихся данных по схемам и режимам формоизменения при редуцировании полых трубных заготовок недостаточно для разработки научно обоснованной эффективной технологии и обоснованию ее практического применения.
Цель и задачи работы. Исследование процессов продольного редуцирования полых трубных заготовок для обоснования типовой технологии и разработки проектных решений по производству ступенчатых длинномерных полых поковок для автомобильных валов и осей.
При этом решались следующие задачи:
на основе известных соотношений теории течения выполнить теоретический анализ процесса, разработать методику расчета оценки влияния основных технологических параметров редуцирования на геометрические характеристики получаемого изделия и напряженно-деформированного состояние материала;
определить численные значения реологических и трибологических параметров деформации исследуемых модельных и натурных материалов, которые необходимы для расчетов математической модели;
экспериментально исследовать силовые характеристики, особенности формообразования, виды дефектов, изменение структуры и твердости трубных заготовок при разных схемах процесса полугорячего продольного редуцирования ступенчатых длинномерных полых поковок;
разработать и опробовать технологию полугорячей штамповки полых ступенчатых поковок для валов и осей с использованием многопереходного редуцирования;
выполнить расчеты по оценке работоспособности типовой конструкции матрицы для редуцирования при предельных распорных нагрузках штамповки на ГКМ.
разработать проектные предложения по конструкциям полых поковок для ступенчатых валов автомобильных двигателей, типовым технологическим схемам практической реализации новой технологии и провести укрупненный технико-экономический анализ ее эффективности.
Научную новизну работы составляют:
разработанная на основе теории вязкого течения приближенная математическая модель продольного редуцирования толстостенных трубных заготовок и компьютерная методика расчета основных параметров процесса;
результаты вычислительных экспериментов и анализа влияния основных технологических параметров редуцирования на характеристики напряженного и деформированного состояния при редуцировании;
результаты экспериментальных исследований силовых характеристик, особенностей формообразования и видов дефектов трубных заготовок при разных схемах продольного редуцирования при однопереходной и многопереходной штамповке;
результаты исследований изменений структуры и твердости при получении полугорячим продольным редуцированием опытных полых поковок из сталей 40Х и 18ХГТ;
данные по расчету редуїдорующей матрицы на смятие поверхности под действием распорных нагрузок при штамповке на ГКМ с использованием пакета прикладных программ «SPLEN-K» для решения упругопла-стических задач методом конечных элементов.
Практическая значимость работы состоит в разработке проектных предложений по типовым конструкциям полых поковок ступенчатых валов для автомобилей и переходам штамповки, в разработке и опытном опробо-
вании технологии штамповки полых ступенчатых валов из сталей 40Х и 18ХГТ с редуцированием полой заготовки и высадкой стенки в средней части поковки, в разработке технологических схем производства полых валов и осей двигателей с применением прошивки сплошных заготовок на стане поперечно-винтовой прокатки, в проведении анализа технико-экономической эффективности новой технологии.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на научно-технической конференции "Теория и технология процессов пластической деформации -96", -М. МГИСиС (ТУ) 1996 г.; На конференции второй международной специатизированной выставки "Металл-Экспо '96" Новые материалы, технологии, оборудование., -М, ГАО ВВЦ, 1996 г. ; на научной конференции "100 лет Российскому автомобилю - Промышленность и Высшая школа", М., МАМИ, 1996 г.; на 50, 52 и 53-ой научных конференциях студентов и молодых ученых МГИСиС (ТУ) в 1996,1998 и 1999 г.г
Публикации. По основному содержанию диссертации опубликованы тезисы двух докладов и одна статья в научном журнале.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих результатов и выводов по работе, изложена на 167 страницах, включает 90 страниц машинописного текста, 11 таблиц, 104 рисунка, 1 приложение, библиографический список из 79 наименований.