Інтенсифікація витягування порожнистих тонкостінних виробів з використанням профільованих заготовок - Автореферат

Традиційні методи формоутворення порожнистих виробів зі складним профілем стінок та значної тонкостінності, що характеризується співвідношенням товщини стінок і дна > 4…5, вимагають застосування багатоопераційного витягування та витягування з потоншенням з проміжними операціями термічної обробки. Це зумовлено необхідністю значного перерозподілу металу між дном і стінкою в умовах несприятливої для пластичного деформування схеми напружено-деформованого стану (НДС) при витягуванні із плоскої заготовки. Використання попередньо профільованої заготовки, товщина якої змінюється за певним законом вздовж радіуса, дозволяє виконати перерозподіл металу при більш сприятливих для пластичної деформації схемах НДС як на стадії профілювання, так і в процесі наступного витягування (утворення резерву міцності небезпечного перетину) і тим самим створити передумови інтенсифікації виробництва порожнистих тонкостінних виробів та виробів із складним профілем стінок і дна. Застосування ж профільованої заготовки при комбінованому витягуванні, яке в свою чергу є одним з методів інтенсифікації процесу витягування, дозволить ще в більшій мірі скоротити технологічний цикл виробництва, знизити його матеріало-та енергоємність в порівнянні з традиційними методами виготовлення подібних виробів із плоских заготовок шляхом багатоопераційного витягування та витягування з потоншенням з проміжними операціями відпалювання. Метою дослідження є обґрунтування технологічних параметрів витягування попередньо спрофільованих заготовок та розробка технологічних засобів, що забезпечують інтенсифікацію формоутворення порожнистих тонкостінних виробів.Розглянуто теоретичні основи одного з перспективних методів інтенсифікації виготовлення порожнистих тонкостінних виробів із змінною товщиною стінки - витягування із застосуванням попередньо спрофільованих заготовок. Другий розділ присвячений дослідженню особливостей витягування попередньо спрофільованих заготовок, товщина яких змінюється за лінійним законом (рис. Експериментальні дослідження підтвердили, що запропонована конструкція запобігає утворенню гофри при витягуванні як плоских, так і профільних заготовок, причому закон зміни товщини попередньо спрофільованих заготовок суттєвого значення не має. При змінному питомому тиску притискача (1) з переходом металу заготовки у стан пластичності розподіл напружень по фланцю визначиться Після заміни у виразі (4) на ( - зовнішній радіус заготовки в процесі витягування, ), залежність може використовуватись для визначення компоненти напружень в небезпечному перетині, викликаної деформацією фланця в окружному напрямку та тертям по фланцю, на протязі усього навантаження.Встановлено оптимальний закон розподілу тиску притискання по фланцю, який визначається зміною відносної товщини периферійної частини фланця заготовки в процесі деформування. Проведено комплекс експериментальних досліджень по витягуванню та комбінованому витягуванню спрофільованих заготовок. За рахунок використання резерву і вибору раціональної форми профільованої заготовки при витягуванні виробів зі змінною товщиною стінки та коефіцієнтом тонкостінності = 4...5 із низьковуглецевих сталей вдалось зменшити граничні коефіцієнти витягування при витягуванні без потоншення на 20 %, при комбінованому витягуванні - на 35%; при комбінованому витягуванні дослідних зразків зі сталою товщиною стінки та коефіцієнтом потоншення - на 28%. На основі удосконаленої моделі витягування узагальнено математичну модель комбінованого витягування вісесиметричних виробів, яка при розрахунку напружень дозволяє врахувати зміну розмірів осередку примусового потоншення, обумовлену профілем заготовки в порівнянні з витягуванням заготовок сталої товщини. На основі проведених теоретичних та експериментальних досліджень розроблено загальні рекомендації по розрахунку основних параметрів та проектуванню технологічних процесів витягування та комбінованого витягування із попередньо спрофільованих заготовок.

Основний зміст роботи

У дисертації наведене нове вирішення важливої науково-прикладної задачі розробки та обґрунтування методу інтенсифікації витягування порожнистих тонкостінних виробів, що використовує можливість керування процесом за рахунок зміни товщини вихідної заготовки вздовж радіуса попереднім профілюванням.

Розвязано задачу забезпечення стійкості фланця при витягуванні профільованих заготовок з відносною товщиною . Встановлено оптимальний закон розподілу тиску притискання по фланцю, який визначається зміною відносної товщини периферійної частини фланця заготовки в процесі деформування. Для реалізації необхідного розподілу тиску розроблена оригінальна конструкція притискача, яка дозволяє відслідковувати форму профільованої заготовки та зміну розмірів осередку деформації в процесі витягування.

Особливості умов притискання фланця при витягуванні профільованих заготовок враховано при розвязку диференціального рівняння рівноваги елементарного обєму фланця. Отриманий розвязок вперше окрім геометрії заготовки враховує вплив сил тертя, нерівномірно розподілених по фланцю, та характер взаємодії заготовки з притискачем. Запропоновано в якості критерію оцінки можливості інтенсифікації витягування використовувати співвідношення розтягуючих напружень в небезпечному перетині у початковий момент витягування плоскої заготовки до аналогічних напружень при витягуванні профільованої заготовки. Співвідношення представляє собою резерв міцності небезпечного перетину, який може бути використаний для збільшення ступеня деформації заготовки в процесі витягування.

Проведено комплекс експериментальних досліджень по витягуванню та комбінованому витягуванню спрофільованих заготовок. Підтверджено появу резерву міцності при витягуванні профільованих заготовок в наслідок зменшення розтягуючих напружень в небезпечному перетині. За рахунок використання резерву і вибору раціональної форми профільованої заготовки при витягуванні виробів зі змінною товщиною стінки та коефіцієнтом тонкостінності = 4...5 із низьковуглецевих сталей вдалось зменшити граничні коефіцієнти витягування при витягуванні без потоншення на 20 %, при комбінованому витягуванні - на 35%; при комбінованому витягуванні дослідних зразків зі сталою товщиною стінки та коефіцієнтом потоншення - на 28%.

На основі отриманого розвязку диференційного рівняння рівноваги удосконалено математичну модель витягування без примусового потоншення. Модель враховує як деформаційне зміцнення і геометрію профільованої заготовки, так і особливості взаємодії елементів штампа з осередком деформації і може бути використана для аналізу витягування як плоских, так і профільованих заготовок, товщина яких змінюється за лінійним законом. На основі удосконаленої моделі витягування узагальнено математичну модель комбінованого витягування вісесиметричних виробів, яка при розрахунку напружень дозволяє врахувати зміну розмірів осередку примусового потоншення, обумовлену профілем заготовки в порівнянні з витягуванням заготовок сталої товщини.

Отримані моделі покладено в основу програмних засобів, які при моделюванні витягування та комбінованого витягування дозволяють проводити технологічні розрахунки впродовж усього процесу (побудувати “Р-Н”- діаграму). Порівняння результатів експериментальних та теоретичних досліджень показало задовільну їх кореляцію, що свідчить про те, що отримані моделі задовільно описують усі особливості реального процесу.

На основі проведених теоретичних та експериментальних досліджень розроблено загальні рекомендації по розрахунку основних параметрів та проектуванню технологічних процесів витягування та комбінованого витягування із попередньо спрофільованих заготовок. Результати роботи у вигляді програмних продуктів, конкретних технічних рішень і практичних рекомендацій використані при розробці технологічних процесів виготовлення сталевого піддонну гарматного боєзаряду (замовник Державне підприємство “Конструкторсько-технологічний центр верстатобудування”, м. Київ) та гільз артилерійського та стрілецького озброєння нового покоління (замовник Державний науково-дослідний інститут хімічних продуктів, м. Шостка). За допомогою розроблених технологій вперше в Україні виготовлені дослідні партії сталевого піддонну для боєприпасів калібру 152 мм та гільз калібру 12,7 мм.

Основні положення дисертації викладені у роботах

Орлюк М.В. Експериментальні дослідження комбінованого витягування попередньо спрофільованих заготовок. // Вестник национального технического университета Украины “Киевский политехнический институт”. 2002. № 43. C. 49 - 51.

Стеблюк В.И., Орлюк М.В. Возможности интенсификации первой операции вытяжки из профильной заготовки // Праці Міжнародної науково-технічної конференції “Прогресивна техніка і технологія машинобудування, приладобудування і зварювального виробництва”. К.: НТУУ “КПІ”. 1998. C. 367 - 372. (Здобувачем виконано розрахунок та аналіз НДС при витягуванні попередньо спрофільованих заготовок, товщина яких змінюється за лінійним законом).

Стеблюк В.И., Орлюк М.В. Напряженно-деформированное состояние и возможности интенсификации первой операции вытяжки из профильной заготовки // Вестник НТУУ “КПИ” “Машиностроение”. К.: НТУУ “КПИ”. 1998. Вып. 33. C. 365 - 380. (Здобувачем доопрацьовано математичну модель витягування попередньо спрофільованої заготовки з лінійною зміною товщини).

Стеблюк В.И., Орлюк М.В. Особливості напружено-деформованого стану при витягуванні порожнистих виробів із попередньо спрофільованих заготовок // Вестник Харьковского государственного политехнического университета “Обработка металлов давлением”. - Харьков: ХГПУ. 1999. №76. C. 46 - 50. (Здобувачем доопрацьовано математичну модель витягування профільної заготовки з урахуванням впливу змінних сил тертя, розподілених по фланцю заготовки).

Стеблюк В.И., Орлюк М.В., Рамадан А.М., Пономаренко М.С. Экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния при вытяжке из профильной заготовки // Удосконалення процесів та обладнання обробки тиском у металургії і машинобудуванні. Зб. наук. пр. - Краматорськ: ДДМА. 2000. C. 95 - 98. (Здобувачем розроблено методику та проведено експериментальні дослідження НДС при витягуванні профільних заготовок).

Стеблюк В.И., Орлюк М.В., Полищук В.А. Особенности напряженно-деформированного состояния при вытяжке полых изделий из предварительно спрофилированных заготовок // Кузнечно-штамповочное производство “Обработка металлов давлением”. 2000. № 8. с. 7 - 10. (Здобувачем проведено експериментальні дослідження витягування та комбінованого витягування профільних заготовок із застосуванням нових технологічних мастил).

Стеблюк В.И., Орлюк М.В., Холявик О.В. Напряжения растяжения при комбинированной вытяжке из предварительно спрофилированной заготовки. // Технологические системы. 2002. № 2 (13). C. 54 - 55. (Здобувачем запропонована методика розрахунку напружень в небезпечному перетині при витягуванні профільних заготовок).

Стеблюк В.І., Орлюк М.В., Литвиненко П.Л. Особливості складкоутворення та його запобігання при витягуванні з попередньо спрофільованих заготовок // Удосконалення процесів та обладнання обробки тиском у металургії і машинобудуванні: Зб. наук. пр. Краматорськ - Хмельницький: ДДМА. 2002. C. 52 - 54. (Здобувачем запропоновано спосіб боротьби з втратою стійкості фланця профільної заготовки при витягуванні).

Стеблюк В.І., Калюжний В.Л., Орлюк М.В., Калюжний О.В. Розрахунковий аналіз холодного видавлювання заготовок для витяжки. // Металлургическая и горнорудная промышленность. 2002. № 8 - 9. C. 462 - 467. (Здобувачем виконано експериментальні дослідження попереднього профілювання заготовок методом холодного видавлювання).

Спосіб одержання порожнистих циліндричних виробів із змінною товщиною стінки: Пат. 36907 А. Україна, МПК 7 В21D35/00/В.І. Стеблюк, М.В. Орлюк, І.І. Хоменко. № 2000021037: Заявл. 22.02.2000; Опубл. 16.04.2001, Бюл. №3. 4с. іл. (Здобувачем розроблена конструкція експериментального оснащення та виконано експериментальну перевірку запропонованого способу).

Орлюк М.В., Зозовський Є.В. Вдосконалення технології виготовлення порожнистих виробів з складним профілем стінок та дна. // Тези доповідей наук. конф. молодих вчених “Машинобудівник-96(2)”. Київ: ОНТИИПД. 1996. C. 19 - 20. (Здобувачем запропоновані рекомендації щодо раціональної форми профільної заготовки для витягування, проведені натурні випробування).

Орлюк М.В., Ревенко В.В. Дослідження комбінованого витягування. // Тези доповідей наук.-технічної конф. студентів і молодих вчених “Машинобудівник-2000”. Київ: ОНТИИПД. 2000. C. 33. (Здобувачем виконано аналіз існуючих методів формоутворення порожнистих виробів зі складним профілем стінок і дна).