Разработка и анализ рекомендаций по повышению долговечности и снижению износа инструмента для холодной листовой штамповки. Описание и характеристика математической модели разрушения штоков штамповочных молотов на базе линейной механики разрушения.
Аннотация к работе
ГОУ ВПО Московский государственный технологический университет «Станкин» и ЗАО «Прочность» Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Разработка методов обеспечения долговечности силовых деталей кузнечно-прессовых машин и инструмента Работа выполнена в ГОУ ВПО Московский государственный технологический университет «Станкин» и ЗАО «Прочность» Защита состоится 2009 г. на заседании диссертационного Совета Д 212.142.01 при Государственном общеобразовательном учреждении Московский государственный технологический университет «Станкин»Пункт 5 «Основ политики РФ в области развития науки и технологий на период до 2010 г. и на дальнейшую перспективу» делает упор на освоение ресурсосберегающих технологий и улучшение потребительских свойств изделий, то есть касается непосредственно процессов обработки металлов давлением. В результате анализа современного состояния конструкций и практики эксплуатации силовых деталей кузнечно-прессовых машин и инструмента выявлено следующее: - в настоящее время не существует методики определения долговечности силовых деталей кузнечно-прессовых машин, которая позволила бы рекомендовать действенные меры по ее повышению. Для достижения указанной цели требуется решить следующие задачи: - разработать рекомендации по повышению долговечности и снижению износа инструмента для холодной листовой штамповки, путем математического моделирования комплекса разрушающих процессов, происходящих в его рабочих деталях и подтвердить эффективность предложенных рекомендаций натурным экспериментом; разработать комплекс экспериментов, определяющих возможность рационального применения материалов для рабочих деталей разделительного инструмента, на примере экспериментальных исследований стандартных и специальных механических характеристик штамповой стали Х12МФ (ГОСТ 5950-2000), рекомендуемой как перспективная, но для которой эти характеристики не определены, - предложить критерии выбора рациональных параметров сечений станин открытого типа, в том числе кривошипных прессов, учитывающие противоречивость требований повышения долговечности и снижения металлоемкости при сохранении (повышении) заданного уровня жесткости с целью минимизации износа и усталостной деградации инструмента и подтвердить адекватность математического моделирования натурным экспериментом; разработать базисные компоненты системы автоматизированного проектирования станин открытого типа, где на стадии проектирования детали в автоматизированном режиме будет составляться карта допустимых технологических дефектов, что позволит существенно сократить время не только на проектирование самой детали, но и на формирование параметров отбраковки;Расчет без учета деформаций оборудования (т.е. модели, где станина принималась абсолютно жесткой) дает заниженные значения напряжений (в данном расчете от 2,3 раз по сравнению с моделью, где длинная сторона матрицы расположена параллельно фронту пресса, до 4,1 по сравнению с моделью, где длинная сторона матрицы, перпендикулярна фронту пресса). На базе методики определения напряженно-деформированного состояния инструмента с учетом упругих свойств оборудования автором предлагается многокритериальный (по различным гипотезам) подход к оценке долговечности инструмента для холодной листовой штамповки, который позволяет учесть все аспекты накопления усталостной повреждаемости в рабочих деталях штампа. Показано, что для разделительного инструмента при выполнении технологической операции на наиболее распространенном виде оборудования - открытом кривошипном прессе справедливо: (1) где - число циклов нагружения инструмента до разрушения при совместном действии износа и усталости, - предел выносливости инструмента при коэффициенте асимметрии цикла R=0, I - параметры изностойкости материала инструмента, Х - характер изменения рабочей нагрузки во время выполнения технологической операции, - максимальная сила технологической операции, - факторы, определяемые конструктивными особенностями оборудования, - зазор в направляющих ползуна, - факторы, зависящие от конструктивных особенностей и способа крепления инструмента. Число циклов формирования усталостного дефекта: (2) где - длина трещины, соответствующая - пороговому значению интенсивности напряжений (м); , - средние скорости формирования усталостного дефекта и уменьшения размера инструмента в направлении формирования дефекта за счет абразивного износа (м/цикл). В главе 3 «Исследование механических характеристик образцов стали Х12МФ» впервые определены механические характеристики стали Х12МФ, определен химический состав материала методом эмиссионного спектрального анализа, проведены ударные испытания и испытания на статическую трещиностойкость, испытания на усталость гладких образцов при отнулевом цикле (в котором работают штампы для холодной листовой штамповки), исследования циклической трещиностойкости, металлографические исследования структуры материала и изломов испытанных образцов.