Підвищення ефективності процесів холодного поперечного видавлювання осесиметричних заготовок з фланцем за рахунок використання протитиску - Автореферат
Розширення технологічних можливостей процесів холодного поперечного видавлювання осесиметричних заготовок з фланцем. Удосконалення методу визначення раціональних параметрів процесу видавлювання з протитиском. Розробка та впровадження технологічних схем.
Аннотация к работе
Холодне обємне штампування видавлюванням у порівнянні з іншими способами обробки металів дозволяє отримувати більш високу точність заготовок, кращу якість поверхні, підвищені надійність, зносостійкість та довговічність готових деталей, зменшену трудомісткість виготовлення. Особливо актуальною ця проблема є для процесів холодного поперечного видавлювання осесиметричних заготовок, оскільки в зоні кромки фланця виникає несприятлива схема напруженого стану, яка обмежує можливості цих процесів. Для досягнення зазначеної мети в роботі поставлені такі завдання: розробити математичні моделі процесів поперечного видавлювання з протитиском деталей з фланцем і оцінити вплив параметрів процесу на силові режими та пластичність металів, що деформуються; Наукову новизну дисертаційної роботи складають такі результати і положення: отримав подальший розвиток метод оцінювання пластичності металів при складному навантаженні в умовах обємного напруженого стану, що дозволило оцінити граничне формозмінення заготовок в процесах поперечного видавлювання з протитиском; розроблено метод визначення характеристик напружено-деформованого стану для процесу поперечного видавлювання з протитиском стержневих та трубчастих заготовок, який враховує характер зміни величини протитиску в залежності від співвідношення механічних властивостей матеріалу заготовки та матеріалу, що створює протитиск, а також геометричних характеристик порожнини, в яку видавлюється допоміжний матеріал;У вступі подано загальну характеристику роботи і обґрунтована актуальність теми, визначені мета, задачі, обєкт, предмет і методи досліджень, висвітлені наукова новизна і практичне значення отриманих результатів, особистий внесок здобувача, публікації, апробація отриманих результатів. У першому розділі розглянуто стан питання з розробки та дослідження процесів холодного видавлювання, виконано аналіз методів вивчення механіки пластичної деформації при тривимірній течії металу, розглянуто методи розрахунку напружень, проведено аналіз відомих моделей накопичення пошкоджень при великих пластичних деформаціях в умовах обємного напруженого стану та основаних на цих моделях критеріїв руйнування. Аналіз залежності граничного формозмінення заготовок від особливостей відомих технологічних схем поперечного видавлювання дозволив установити, що для розширення можливостей цих процесів перспективними є схеми поперечного видавлювання з використанням протитиску. У другому розділі виконані дослідження напружено-деформованого стану при холодному поперечному видавлюванні та оцінено вплив основних параметрів процесу на НДС. Сталу В визначали з умови, що при r=R sr=0 при поперечному видавлюванні і sr=q при видавлюванні з протитиском q.В дисертаційній роботі отримані теоретичне узагальнення і нове вирішення науково-технічного завдання, що полягає в розширенні технологічних можливостей процесів поперечного видавлювання осесиметричних заготовок шляхом використання протитиску, який створюється твердим середовищем, на основі розвитку методів розрахунку напружено-деформованого стану при спільному деформуванні двох середовищ з різними механічними властивостями та удосконалення методів оцінки величини використаного ресурсу пластичності при пластичному деформанні металів в умовах обємного напруженого стану. На основі аналізу відомих технологій холодного обємного штампування та тенденцій їх розвитку установлено, що для розширення можливостей процесів поперечного видавлювання та покращення технологічної спадковості готових виробів доцільно застосовувати схеми видавлювання з протитиском, для освоєння яких необхідне подальше удосконалення методів розрахунку напружено-деформованого стану при сумісній деформації двох різних матеріалів та методів оцінки величини граничних деформацій при пластичній деформації металів в умовах обємного напруженого стану. Вперше розроблена математична модель процесу холодного поперечного видавлювання осесиметричних суцільних та трубчастих заготовок, яка дозволяє досліджувати пластичну деформацію матеріалу заготовки з урахуванням протитиску, який створюється за рахунок пластичної деформації допоміжного металу, що деформується спільно з матеріалом заготовки. Проведені за допомогою моделі розрахунки дозволили оцінити вплив історії навантаження, яка визначається параметрами процесу та величиною і законом зміни протитиску, на граничне формозмінення. Отримали подальший розвиток моделі процесів накопичення пошкоджень при пластичній деформації металів в умовах обємного напруженого стану, на основі яких установлено, що у вибраних для досліджень впливу історії навантаження та схеми напруженого стану на пластичність координатах h, ms, eu залежність граничної деформації ep від показника h при плоскому напруженому стані визначається трьома різними граничними кривими, які описують залежність ep(h) при s1=0, s2=0 і s3=0, відповідно, при значеннях-2?h?2.
План
2. Основний зміст роботи
Вывод
В дисертаційній роботі отримані теоретичне узагальнення і нове вирішення науково-технічного завдання, що полягає в розширенні технологічних можливостей процесів поперечного видавлювання осесиметричних заготовок шляхом використання протитиску, який створюється твердим середовищем, на основі розвитку методів розрахунку напружено-деформованого стану при спільному деформуванні двох середовищ з різними механічними властивостями та удосконалення методів оцінки величини використаного ресурсу пластичності при пластичному деформанні металів в умовах обємного напруженого стану.
На основі аналізу відомих технологій холодного обємного штампування та тенденцій їх розвитку установлено, що для розширення можливостей процесів поперечного видавлювання та покращення технологічної спадковості готових виробів доцільно застосовувати схеми видавлювання з протитиском, для освоєння яких необхідне подальше удосконалення методів розрахунку напружено-деформованого стану при сумісній деформації двох різних матеріалів та методів оцінки величини граничних деформацій при пластичній деформації металів в умовах обємного напруженого стану.
Вперше розроблена математична модель процесу холодного поперечного видавлювання осесиметричних суцільних та трубчастих заготовок, яка дозволяє досліджувати пластичну деформацію матеріалу заготовки з урахуванням протитиску, який створюється за рахунок пластичної деформації допоміжного металу, що деформується спільно з матеріалом заготовки. Проведені за допомогою моделі розрахунки дозволили оцінити вплив історії навантаження, яка визначається параметрами процесу та величиною і законом зміни протитиску, на граничне формозмінення.
На основі розвязку задачі радіальної пластичної течії металу в каналі, який має форму клина з центральним кутом 2a, визначено залежність величини протитиску від кута a та умов тертя. Установлено, що величина протитиску зростає із зростанням кута a, сил тертя та радіуса порожнини, в яку видавлюється допоміжний метал, а також із збільшенням відношення висоти каналу на вході в клиновидну порожнину до його висоти на виході з неї. При збільшенні цього відношення в два рази при a=300 та відносному радіусі порожнини Rп=4 величина протитиску збільшується в 2,2 рази. При розмірах щілини d=0,2 мм зусилля видавлювання зростає в 4-5 рази в порівнянні з зусиллям при d=0,5 мм. Розходження експериментальних значень зусиль видавлювання з отриманими за математичними моделями не перевищують 15%.
Установлено, що величина протитиску та закон його зміни в процесі видавлювання залежить не тільки від геометричних характеристик порожнини, але й від сил тертя між робочим середовищем та плоскими поверхнями інструменту, які визначаються як умовами пластичної течії матеріалу робочого середовища, так і розмірами робочої порожнини Rп. При використанні технічного свинцю як робочого середовища та збільшенні радіуса порожнини від Rп=2 до Rп=4 величина протитиску зростає в 3,2 рази.
Отримали подальший розвиток моделі процесів накопичення пошкоджень при пластичній деформації металів в умовах обємного напруженого стану, на основі яких установлено, що у вибраних для досліджень впливу історії навантаження та схеми напруженого стану на пластичність координатах h, ms, eu залежність граничної деформації ep від показника h при плоскому напруженому стані визначається трьома різними граничними кривими, які описують залежність ep(h) при s1=0, s2=0 і s3=0, відповідно, при значеннях -2?h?2. У всіх інших випадках залежність пластичності від схеми напруженого стану визначається поверхнею граничних деформацій ep(h,ms).
Запропонована апроксимація поверхні граничної деформації ep(h,ms) та обґрунтовано вибір коефіцієнтів апроксимації, що дозволило встановити залежність між прийнятими коефіцієнтами апроксимації граничних поверхонь та коефіцієнтами апроксимації, запропонованими В.А. Огородніковим для діаграм пластичності. Отримані між коефіцієнтами апроксимації залежності дозволяють будувати поверхні ep(h,ms) шляхом використання граничних кривих ep(h).
Для оцінки впливу параметрів процесу видавлювання з протитиском на граничне формозмінення заготовок використано критерій деформуємості, в якому залежність пластичності від схеми напруженого стану визначається поверхнею граничних деформацій ep(h,ms), а історія навантаження задається траєкторією eu(h,ms). Отримані залежності деформуємості заготовок від параметрів процесу при вільному видавлюванні та при видавлюванні з протитиском. Розходження між розрахунковими та експериментальними результатами не перевищують 18%.
Установлено, що збільшення діаметра фланців із сталі 10, яке має місце при видавлюванні з протитиском, можна досягти завдяки використанню проміжних відпалів, якщо величина використаного ресурсу пластичності y перед черговим відпалом не перевищує значень y1?0,3...0,4 - перед першим відпалом, y2?0,20...0,25 -перед другим відпалом та y3?0,15...0,18 - перед третім відпалом.
Розроблено технологічні рекомендації, алгоритми, розрахункові програми і методики оцінки впливу основних параметрів процесу поперечного видавлювання з протитиском на діаметри фланців, що видавлюються.
Розроблені технологічні процеси поперечного видавлювання стержневих та трубчастих заготовок із застосуванням протитиску використані для видавлювання деталей типу “стержень з фланцем” і “втулка з фланцем” на підприємстві ВАТ "Брацлав" (м. Брацлав).
Список литературы
1. Бурєнніков Ю.А., Коцюбівська К.І. Напружено-деформований стан та граничне формозмінення при радіальному видавлюванні // Вісник Вінницького політехнічного інституту. - 2006. - № 4 (67). - С. 63-72.
3. Сивак И.О., Сивак Е.И., Сухоруков С.И. Оценка пластичности металлов при холодной пластической деформации // Известия ТУЛГУ. Серия: Механика твердого деформируемого тела и обработка металлов давлением. - 2004. - Вып. 2. - С. 114-121.
4. Sivak І.О., Savulyak V.V., Sukhorukov S.I., Sivak K.I. Simulation process of friction of rough surfaces // Bulletin of the polytechnic institute of Iassy. - 2001. - Tomul XLVII(LI), Fasc. 1-2. - P. 191-194.
5. Burennikov Y., Sivak I., Kozlov L., Sivak К. Deformability of workpiecies in the process of lateral extrusion using hydrostatic pressure // Bulletin of the polytechnic institute of Iassy. - 2002. - Tomul XLVIII(LII), Fasc. 3-4. - P. 199-203.
6. Огородников В.А., Бабак Н.В., Сивак Е.И. Оценка безотказности и долговечности деталей машин на основе теории деформируемости // Захист металургійних машин від поломок: Міжвуз. темат. зб. наук. пр. - Маріуполь, 2002. - Випуск №6. - С. 56-60.
7. Буренников Ю.А., Сивак И.О., Сивак Е.И. Зависимость пластичности от схемы напряженного состояния при плоском напряженном состоянии // Удосконалення процесів і обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні: Зб. наук. пр. - Краматорськ, 2003. - С. 272-274.
8. Буренников Ю.А., Козлов Л.Г., Сивак Е.И., Сивак Р.И. Поперечное выдавливание пористой заготовки с использованием гидростатического давления // Удосконалення процесів та обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні: Тематич. зб. наук. пр. - Краматорськ-Хмельницький, 2002. - С. 159-162.
9. Алиев И.С., Жбанков Е.Г., Коцюбивская Е.И. Моделирование процесса радиального выдавливания фланцев с применением противодавления // Удосконалення процесів і обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні: Зб. наук. пр. - Краматорськ, 2006. - С. 53-58.
10. Коцюбивская Е.И. Определение напряжений и деформируемости заготовок при радиальном выдавливании // Удосконалення процесів і обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні: Зб. наук. пр. - Краматорськ, 2006. - С. 359-364.
11. Сивак И.О., Коцюбивская Е.И. Пластичность металлов при объемном напряженном состоянии // Удосконалення процесів та обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні: Тематич. зб. наук. пр. - Краматорськ - Хмельницький, 2007. - С. 73-76.
12. Коцюбивская Е.И., Огородников В.А., Сивак И.О. Влияние промежуточных отжигов на механические характеристики заготовок, получаемых при поперечном выдавливании // Наукові нотатки: Міжв. зб. - Луцьк, 2007. - С. 203-205.
13. Пат. 68115А України, В21К21/00. Спосіб виготовлення деталей з наскрізним отвором / Л.І. Алієва, І.Г. Савчинський, О.І. Лобанов, К.І. Сивак (Україна). - № 2003109157; Заявл. 10.10.2003; Опубл. 15.07.2004, Бюл. № 7.
14. Пат. 63208А України, G01N3/28. Спосіб випробування металевих зразків для визначення граничної пластичної деформації / І.С. Алієв, І.Г. Савчинський, Л.І. Алієва, К.І. Сивак (Україна). - № 2003021779; Заявл. 28.02.2003; Опубл. 15.01.2004, Бюл. № 1.
16. Сивак И.О., Буренников Ю.А., Сивак Е.И. Применение промежуточных отжигов для улучшения механических характеристик заготовок, получаемых при поперечном выдавливании // Машинбудування та металообробка. - 2003: Перша Міжнародна науково-технічна конференція, 17-19 квітня 2003 р. - Кіровоград, 2003. - С. 210-211.
17. Сивак И.О., Сивак Е.И., Сухоруков С.И. Оценка пластичности металлов при холодной пластической деформации // Механика пластического формоизменения. Технологии и оборудование обработки материалов давлением: II Международная научно-техническая конференция, 15-19 мая 2004 г. - Тула: ТУЛГУ, 2004. - С. 97-98.
18. Алиев И.С., Сивак Е.И. Оценка пластичности металла при поперечном выдавливании с противодавлением // Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки инженерных и научных кадров: 49-я Международная научно-техническая конференция ААИ, 23-24 марта 2005 г. - Москва: МГТУ “МАМИ”, 2005. - С. 19-20.
19. Коцюбивская Е. И., Алиева Л.И. Пластичность металлов при плоском напряженном состоянии // Прогрессивные методы и технологическое оснащение процессов обработки металлов давлением: Международная научно-техническая конференция, 11-14 октября 2005 г.- Санкт-Петербург: БГТУ “Военмех”, 2005. - С. 86-90.
20. Борисов Р.С., Коцюбивская Е.И. Выдавливание с дополнительными воздействиями на деформируемую заготовку // Интеллект молодых - производству 2005: IV Международная научно-практическая конференция молодых ученых и специалистов, 14-18 ноября 2005 г. - Краматорск: АО “НКМЗ”, 2005. - С. 67-68.
21. Burennikov Y.A., Sivak І.О., Kotsubivska К.І., Yablonska S.Z. The influence of non-monotonic loading on plasticity during the process of radial extrusion with contour upsetting // CONFERINTA STIINTIFICA “TEHNOMUS” edita a XIII-a, 6-7 Mai 2005. - Suceava: UNIVSITATEA “STEFANCEL MARE”, 2005. - Р. 211-216.
22. Жбанков Я.Г., Коцюбивская Е.И. Радиальное выдавливание полых изделий с применением противодавления // Технологія - 2006: ІХ Всеукраїнська науково-практична конференція студентів, аспірантів та молодих вчених, 13-14 квітня 2006 р. - Сєвєродонецьк, 2006. - С. 11.
23. Коцюбивская Е.И. Решение задачи деформируемости для плоского напряженного состояния // Застосування теорії пластичності в сучасних технологіях обробки тиском і автотехнічних експертизах: Міжнародна науково-технічна конференція, 29 травня-1 червня 2006 р. - Вінниця: ВНТУ, 2006. - С. 123-125.