Введение к работе
Актуальность темы. Технологии горячей объёмной штамповки (ГОШ) являются одними из основных технологий формообразования деталей.
Изготовление одной и той же поковки может быть реализовано различными технологическими схемами. Выбор наилучшей схемы штамповки является достаточно сложной и важной задачей, от решения которой зависят возможность реализации и эффективность разрабатываемой технологии.
При проектировании новых технологий ГОШ очень существенным является оценка устойчивости технологического процесса к изменениям производственных факторов (колебания температуры нагрева, массы заготовки и т.д.). При этом в настоящее время методики проведения комплексной оценки технологий ГОШ, в том числе с использованием результатов математического моделирования в прикладных программах, недостаточно проработаны.
Усовершенствование традиционных технологий ГОШ должно быть в первую очередь направлено на экономию металла, как основную статью затрат в себестоимости готовых поковок. Это особенно актуально при производстве крупных поковок, например, венечных шестерен.
Другой важной составляющей статьей расходов являются затраты на дорогостоящее кузнечно-штамповочное оборудование. Наиболее прогрессивным типом оборудования являются кривошипные горячештамповочные прессы (КГШП). Переведение технологий ГОШ за счет снижения необходимых сил деформации на КГШП меньшей мощности, позволяет значительно снизить расходы на его приобретение и эксплуатацию. Современные КГШП имеют большую металлоемкость и способны реализовывать номинальное усилие только на небольшом участке рабочего хода, который составляет всего несколько миллиметров. Кроме того, они, в отличие от молотов, не позволяют проводить многократную деформацию в одном штампе с постепенным заполнением гравюры. Разработка новых видов кузнечных машин с меньшей металлоемкостью и большими технологическими возможностями является актуальной задачей.
На решение указанных вопросов и направлена данная работа.
Цель работы. Разработка ресурсосберегающей технологии изготовления поковок венечных шестерен путем исследования технологических факторов
4 штамповки и расширения технологических возможностей оборудования. Задачи исследования:
-
Разработать инженерную методику анализа формообразования для ГОШ.
-
Разработать методику оценки качества технологических процессов ГОШ.
-
Исследовать влияние технологических факторов процессов ГОШ на основные параметры технологии с помощью моделей качества.
-
Разработать ресурсосберегающую технологическую схему изготовления поковок «венечных шестерен».
-
Разработать способ пошагового деформирования пульсурующим нагружени-ем и технологическую машину для его осуществления.
Методы исследования. В работе использован комплексный метод исследования, включающий теоретический анализ процессов пластического деформирования с использованием компьютерного моделирования и экспериментальную проверку полученных результатов в лабораторных условиях.
Научная новизна работы состоит в:
- методике анализа формообразования поковки на основе модели смещения
объемных частей и контактных поверхностей;
методике оценки качества технологии ГОШ на базе модели качества процесса штамповки;
технологической схеме изготовления поковок венечных шестерен путем последовательного исключения объемных частей перемычки из очага деформации;
разработке конструкции технологической машины для осуществления способа пошагового деформирования пульсирующим нагружением.
Достоверность результатов обеспечена применением методов механики сплошной среды и подтверждается количественным согласованием результатов компьютерного моделирования процессов деформации с экспериментальными данными, полученными в лабораторных условиях.
Практическая ценность полученных результатов заключается в следующем:
в инженерной методике анализа формообразования поковки с целью выбора технологической схемы штамповки;
в методике оценки различных технологий ГОШ на основе моделей качества процесса штамповки;
в разработке ресурсосберегающего технологического процесса изготовления поковок венечных шестерен, позволяющего экономить до 16% металла;
в разработке и создании действующего образца нового пресса пульсирующего действия малой металлоемкости, защищенного патентами Российской Федерации №2391211 и №2393959.
Реализация результатов работы. Кузнечным заводом ОАО «КАМАЗ-Металлургия» приняты к применению методика оценки качества технологических процессов ГОШ и малоотходная технология ГОШ венечной шестерни. Акты об использовании результатов НИР приведены в приложении к диссертации.
В условиях ОАО «Липецкого опытно-экспериментального завода «Гидро-маш»» изготовлен и испытан новый пресс «Пульсар». Акт испытаний представлен в приложении к диссертации.
Отдельные разделы диссертационной работы используются в учебном процессе ФГБОУ ВПО «ЛГТУ» при изучении курсов «Основы научных исследований», «Теория технических систем» и «Технология ковки и объемной штамповки».
Апробация работы. Результаты исследования доложены на II международной научно-технической конференции «Механика пластического формоизменения. Технология и оборудование обработки материалов давлением» (Тула 2004), международной научно-технической конференции «Теория и практика производства листового проката» (Липецк 2005), международной научно-технической конференции, посвященной 50-летию Липецкого государственного технического университета. «Прогрессивные технологии и оборудование в машиностроении и металлургии» (Липецк 2006), всероссийской с международным участием научно-технической конференции и школы молодых ученых, аспирантов и студентов. Авиакосмические технологии «АКТ-2007» - (Воронеж 2007), всероссийской научно-технической конференции «Студенческая научная весна 2008: Машиностроительные технологии», посвященной 140-летию высшего технологического образования в МГТУ им. Н. Э. Баумана - (Москва 2008).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 22 работы из них: монография, 19 статей, в том числе 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ и 5 статей в зарубежных изданиях, получено 2 патента на изобретение.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав и выводов, списка использованных источников из 192 наименований и включает 137 страниц основного машинописного текста, содержит 53 рисунка и 17 таблиц. Общий объем - 184 страницы.
