автореферат диссертации по авиационной и ракетно-космической технике, 05.07.05, диссертация на тему:Формообразование деталей сложного рельефа авиационных двигателей методом сферодвижной штамповки

-о На правах рукописи

* —1 * ся

Е о

сг

ЧИСТЯКОВ ВАЛЕРИЙ СЕРГЕЕВИЧ

Т'ОРМООБРАВОЗАНИЕ ДЕТАЛЕЙ СЛОЖНОГО РЕКША АЗИА.'ХИОНТРЛГ ГВЙГАТЕИШ МЕТОДОМ №ЕР0ДВ1'ШЮ:'1 ШТАЩОЗКИ

(Специальности: 05.07.05 - Тепловые двигателя

летательных аппаратов,

05.07.04 - Технология производства летательных аппаратов)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёном степени кандидата технических наук

Казань 1995

Работа выполнена в Казанском филиале научно-исследовательского института технологии и организации производства двигателей (НИВД) и Казанском моторостроительном производственном объг единении.

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор Закиров И.М.

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Смирнов В.А.

- кандидат технических наук, Тынчеров A.A.

Ведущее предприятие - КПИ1 "Авиамотор"

Защита диссертации состоится 1995г.

в " iQ" часов на заседании диссертационного совета K063.43.0I Казанского государственного технического университета имени А.Н.^полева по адресу: 420III, г. Казань, ул.К.Маркса, 10, зал заседаний.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке КГГУ им.А.Н. Туполева.

Автореферат разослан "/3 " апреля 1995г.

Ученый секветарь диссертационного совета

А.Г.Каримова

Актуальность проблемы. В конструкциях современных авиацион-к двигателей широкое применение находят детали сложного рель-а, к которым относятся губчатые колёса, диски, фланцы, ледствие несовершенства применяемой технологии изготовление ких деталей свяаано с большим объёмом черновой механической работки и повышенным расходом дорогостоящих и дефицитных ма-риалов. Одним из путей решения этой проблемы является равра-тка и внедрение новых процессов, обеспечивающих получение аа-товок с минимальными припусками на механическую обработку и соким КИМ. К числу таких процессов, основанных на локальном илсисении нагрузки, относится сферодвгашая штамповка. Несмотря ряд очевидных преимуществ по сравнению с традиционными метода обработки, оферодвижная штамповка находит пока ещё ограпи-яное применение. Это объясняется недостаточной изученностью эго метода обработки, отсутствием разработанных схем и спосо-з формообразования деталей сложного рельефа из легированных шей и практических рекомендаций по проектированию технологи-зкого процесса, оснастки и оборудования. В свяви с этим решение вопросов, связанных с расширением об-зти применения рассматриваемого процесса в двигателестроении шется актуальной задачей.

Цель работы. Изыскание способов и средств формообразования •алей сложного рельефа методом сферодвижной штамповки. Разра-•ка научно-обоснованных рекомендации по расчёту и проектиро-ат технологического процесса, оснастки и оборудования и ос-!ние их в производстве.

Научная новизна.

- Выявлены отличительные особенности формоизменения и напряжённо-деформированного состояния заготовок при свободной осадке, прошивке, осадке с выдавливанием в условиях комбинированного нагружения и получены новые данные о силовых и кинематических параметрах, используемые в расчётных моделях.

- Предложена расчётная схема и алгоритм расчёта формоизменения и энерго-силовых параметров плоских заготовок типа дисков, основанные на применении метода конечных элементов (МКЭ).

- г -

- Подучены новые данные о влиянии формы рельефа инструмента на кинематику течения металла по контактной поверхности и характер формоизменения заготовок при осадке обкатыванием, которые используются для разработки технологически схем формообразования деталей сложного рельефа.

- Экспериментально обоснована и предложена методика определения размеров промежуточных полуфабрикатов при двухпере-ходных процессах формообразования обкатыванием деталей I закрытых штампах.

Практическая ценность и реализация работы в промышленности

- Разработана модификация программы для компьютерного моделирования и исследования процесса сферодвикной штамповки которая применяется в производстве.

- Разработаны рабочие методики проектирования процесса, . ос настки и оборудования.

- Разработаны и внедрены в производство технологические схе мы и способы безоблойного формообразования деталей сложно го рельефа, новизна которых защищена авторскими свидетель ствами.

- На основе методик разработаны типовые конструкции серийно технологической оснастки и инструмента повышенной стойкое ти и технология их изготовления, которые используются пр изговлении деталей сложного рельефа.

- Разработана, изготовлена и внедрена в производство устг новка для сферодвижной штамповки усилием 1300 кН, разрабс тан рабочий проект специализированной установки усилие 8000 кН с расширенными технологическими возможностями, не визна которой защищена положительным решением ВНИИГГО.

- Разработана и освоена в серийном производстве технолоп безоблойного формообразования деталей сложного рельефа т] па "шестерня" авиационных двигателей. Качество дета» подтверждено положительными результатами длительных исш таний на двигателе. Результаты работы внедрены на Казан< ком моторостроительном производственном объединении, ч-

позволило повысить КИМ в 2-2,5 рааа, снизить трудоёмкость механической обработки на 15-202, кузнечной - на 30-35% при годовом экономическом эффекте 304,5 тью.руб.( в ценах 1989 года ).

Публикация и апробация работы. По теме диссертации опублико-1ано 5 работ, получено 3 авторских свидетельства и 1 положи-■льное решение ВНШГПЭ. По результата« работ сделаны 3 доклада i научно-технических семинарах.

Объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, юти глав, основных выводов и приложений. Изложена на 248 стра-[цах машинописного текста, в том числе содержит 23 таблицы, 115 юунков ( на 76 листах), список литературы ( 109 наименований) 5 приложений.

В первой главе приведён обзор и анализ работ. Значительный дад в изучение и промышленное освоение сферодвилной штамповки [если работы отечественных учёных А.Н.Силичева, К.Н.Богояв-iHCKoro, В.В.Лапина, Н.А.Корякина, Н.Н.Агеева, Р.А.Бабушкина, К.Екимова, Л.Т.Кривды и др.

Важные результаты в области совершенствования штамповки обладанием получены в нашей стране исследователями ВНШШетмаша, ¡ТУ, ЭНИКМаша, НИАТ и других институтов, а за рубежом в Поль, Швейцарки, США.

Анализ теоретических работ в области сферодвижной штамповки оказывает, что известные методики определения энергосиловых раметров и размеров очага деформации могут быть использованы я практического применения.

В литературе отсутствуют данные о влиянии формы рельефа инст-умента на кинематику течения металла по контактной поверх-сти и характер формоизменения деталей как при открытой, так и крытой штамповке. Не разработаны технологические схемы и снобы безоблойного формообразования обкатыванием деталей сложно-I рельефа. Отсутствуют методики и практические рекомендации по счету и проектированию процесса и инструмента. Недостаточно вещена физическая сущность процесса сферодвижной штамповки, в

частности, в операциях прошивки, осадки с выдавливанием.

Результаты рассмотрения состояния вопроса позволяют сформулировать следующие задачи исследовании:

1.Изучение физической сущности сферодвюшой штамповки на основе анализа процессов формообразования деталей простой формы.

2.Разработка схемы и алгоритма расчёта процесса формообразования деталей типа дисков с использованием метода конечных элементов ( МКЗ ).

3.Экспериментальное исследование кинематики течения'металла и характера формоизменения деталей при осадке обкатыванием инструментом с рельефом на рабочей поверхности.

4.Изыскание и разработка технологических схем и способов формообразования деталей сложного рельефа в закрытых штампах.

Б.Разработка методик расчёта и проектирования технологического процесса, оснастки и оборудования.

6.Разработка и освоение технологического процесса в производстве.

. Вторая глава посвящена изучению физической сущности сферод-вижной штамповки на основе анализа процессов формообразования деталей простой формы.

Для исследования процесса была разработана и изготовлена установка для сферодвижной штамповки на базе пресса ДБ2434 усилием 2500 кН.

В процессе экспериментов замерялись усилие и время деформиро вания, величина перемещения инструмента, на основании которых определялись фактические значения скорости деформирования (V), подачи на оборот (S), числа циклов обкатывания (i) на каждой стадии протекания процесса. Для определения площади контактной поверхности использовалась формула З.Марциняка. В качестве материала для исследовании применялась сталь 20Х (НВ 155), для которой были построены на основании экспериментальных данных с использованием известных методик графики изменения напряжений текучести (б3) от степени деформации и график "интенсивность

- Б -

¡апряжений - твёрдость - интенсивность деформаций".

Исследован характер формоизменения ¡гальцевых заготовок при хзадке обкатыванием.

Кольцевая заготовка 1 осаживается (рис.1,а) при воздействии шструментом 2, наклонённым к оси заготовки под углом ти со-юршающим одновременное осевое и колебательное движение относи-•ельно точки "О", называемой центром качения. При этом очаг де-

частыо поверхности (Рк) заготовки

а)

Рис.1

юрмации локализован рис.1.6).

Установлено, что в тличке ст обычней тзмповки при осадке вкатыванием металл ечёт в одном направ-ении от центра к пе-иферии. Одностороннее ечение металла вызы-ает разное по величи-:е увеличение наружи о-о и внутреннего диа-[етра кольца.

Преобладающим является болыпее увеличение наружного диаметра ¡ольца. Получено, что на образцах с отношением Ьо/0о=0,36; Яо= ■1?о/Го=2,0; го=го/Ьо=0,33 при увеличении наружного диаметра в 2 >аза, диаметр отверстия увеличивается в 1,7 раза е=0,8. _ Установлено, что чем больше относительный радиус отверстия ;г0), тем интенсивнее увеличение его внутреннего диаметра. Это сосвенно подтверждает известные данные о смещении максимума юнтактных давлений от центра на расстояние (0,6-0,7)!?.

Анализ энергосиловых параметров показывает, что в диапазоне солец (Ьо=0,15; 0,22; 0,36) величина удельных усилий (Руд) сос-гавляет (1,4-1,75)б3, что меньше, чем при осадке сплошных заготовок.

Исследовано напряжённо-деформированное состояние на свобод-гой поверхности заготовки при прошивке обкатыванием (рис.2).

Для определения напряжений и деформаций использовались следующие зависимости, согласно методике Г.А.Смирнова-Аляева:

Рис.2

1. Уравнение связи между напряжениями и деформациями:

б2 - бе - ; ( 1 )

бр - б2

- - £е

2. Условие постоянства объёма:

е2+£р+ев=0 ; ( 2 )

3. Показатель схемы деформированного состояния:

2еср-Ещах"£ш1п

--; ( з )

4. Условие пластичности:

бщах - в'б3 ; ( 4 )

Составляющие деформации ер, гд определялись по изменению положения концентрических риоок 1, нанесённых вокруг прошиваемой полости (рис.2).

Результаты исследований показывают, что в отличие от обычной прошивки в очаге деформации преобладают деформации растяжения, действующие в осевом и тангенциальном направлениях и увеличивающиеся по мере внедрения пуансона.

Это приводит к тому, что диаметр прошиваемого отверстия в конце прошивки на 1,0-1,52 больше диаметра пуансона.

Максимальными напряжениями при прошивке являются радиальные

тряжения растяжения, которые превышают тангенциальные в 2,75 за.

Характер формоизменения боковой поверхности заготовки пока-зает, что увеличение радиальной составляющей деформации при эшивке обкатыванием способствует опережению уширения слоев галла, прилегающих к матрице, в результате чего заготовка юбретает грушевидную форму.

Результаты измерения напряжений по сечению образца при про-¡ке обкатыванием указывают на неоднородность напряжённого ;тояния. Вблизи свободных поверхностей напряжение меняется ¡начительно, достигая максимального значения в центре отверс-[. При £1=1,27 интенсивность напряжений б! увеличивается в ' раза.

Исследована осадка заготовок обкатыванием с выдавливанием ■алла в щелевое отверстие (рис.3). Результаты исследований показыва-, что в начальной стадии формоизме-ние протекает с постепенным умень-нием высоты заготовки до определён-го значения, после которого насту-ет фаза установившегося течения и сота заготовки (Ик) остаётся неиз-нной.

Установлено, что для заготовки 5?о= о/г=2; го-г/Ьо=0,48 высота сос-вляет в установившейся стадии 81% воначальной высоты заготовки. На качество формоизменения ьшое значение оказывает соотношение размеров заготовки и ще-ого отверстия. Установлено, что при (!?-г)/Ьо<0,35 наблюдает-потеря устойчивости заготовки с образованием на её боковой ерхности дефекта в виде поперечной складки. Это подтверждают ные теоретического анализа, полученные Л.А.Шофманом для слу-осадки заготовок кольцами.

Результаты опытов показывают, что при осадке с выдавливанием людается высокая равномерность боковой поверхности фланца, свидетельствует о том, что в процессе осадки объём металла,

Рис.3

ограниченный размерами отверстия (г), можно рассматривать как жёсткую зону, облегчающую течение металла на участках, прилегающих к матрице. Показано, что на установившейся стадии осадки формоизменение протекает практически при постоянной скорости деформирования, а увеличение диаметра фланца происходит за счёт его осадки^ При этом удельные усилия составляют (1,0-1,2)б3 при Ко'2. го«0,48, что значительно ниже, чем при обычной осадке кольцами.

Результаты измерения напряжений по сечению деформируемых образцов показывают, что в центре заготовки напряжения практически не меняются. На периферийных участках деформированное состояние отличается высокой однородностью, максимальное значение 61 при 61-0,51 превышает первоначальное в 1,6 раза.

Третья глава посвящена теоретическому исследованию процесса сферодвижной штамповки с применением метода конечных элементов (МКЭ).

Описана методика расчёта формоизменения в условиях комбинированного нагружения.

Для исследования объёмного напряжённо-деформированного состояния использовались следующие уравнения механики твердого тела:

г

л - О;

v

(1б1Л - 2й(<1е14 +-йекк-би)-

1 - 2У

йеи - ( <1ии + ¿ил )/2;

Р

ы ;

г

б! ЗЭи • Бц/2;

( 5 )

- бц - б-вц; 1

б « — би «Си

v

з

Приведены алгоритм расчёта уравнений (5) на основе МКЭ и [особы задания граничных условий на контактной поверхности; ¡нованные на использовании формулы А.И.Леванова.

Предложена расчётная схема для моделирования процесса сфе-щвижной штамповки при допущении, что при осадке заготовки с шой относительной высотой радиальные деформации е^-О. В этом 1учае объёмное формоизменение заменяется совокупностью решений продольном деформировании кольцевых сечений. Для составления ючётной схемы заготовка условно разрезается на кольца, кото-ie затем разворачиваются. Составляется согласованный режим кружения в продольном направлении набора полос длиной 2ríRi. !ая скорость колебания инструмента (ь>) определяется скорость «дольного деформирования (Ví'=o>-Rí) . Разбиение на конечные [ементн строится таким образом, чтобы осуществлялась стыковка »лученного набора решений с соответствующими радиусами качения =f(Ri,r,8,S). Для определения радиуса качения предложена еле-тощая формула:

22222 2 222 [ Ho+Ritg(r-ß)3+-tHo(a/c-b)+2RiHo(ab-ab/c)-Ri(a-b/c)}

„ - ; (6)

2i H0+Ri tg Ob)]

где:а - cos т ; b = sin т ; с = tg ß ;

Для случая т = В

Н0 ctg2r

ri= Ri-ctgzr+ - ; ( 7 )

2

де: Н0 - суммарная величина подачи вдоль оси Z.

Приведены результаты моделирования при осадке обкатыванием дисковых заготовок из сурьмянистого свинца. Установлено, что на образцах с соотношением Н/Т>=0,05-0,1 максимум контактных напряжений находится на расстоянии *0,81?.

Расчётные (сплошные) и экспериментальные (пунктирные) значения контактных напряжений по дуге контакта приведены на рис.4.

Полученные расчётные данные совпадают с известными экспериментальными значениями с точностью 10% во внутренних сечениях (1?«30 мм) и 25% на краю (!?»60 мм).

Показано, что для сферодвижной штамповки характерно образование передней внешней зоны относительно геометрического очага деформации. В центре заготовки отношение длины внешней зоны к длине дуги контакта примерно в 2 раза больше, чем на краю, что связано с изменением радиуса обкатывания. Для меньших радиусов характерно большее относительное развитие передней внешней зоны, Дана предварительная оценка условий и места образования разрыва металла в окружном направлении, который приводит к отделению центральной части заготовки от наружнего кольца. Это подтверждает известные экспериментальные данные об отсутствии контактных давлений в центре заготовки.

Четвёртая глава содержит описание результатов исследований и разработки способов, схем и средств формообразования деталей сложного рельефа.

Изучено влияние формы рельефа инструмента на характер формо-

[вменения цилиндрических заготовок осадкой обкатыванием. Исследованы 2 схемы формоизменения:

1, Осадка обкатыванием коническим пуансоном в матрице с >ельефом на рабочей поверхности (рис.5).

Рис.5

2. Ооад'са обкатыванием пуансоном с рельефом и матрице без рельефа (рис.6).

Рабочие поверхности инструмента, контактирующие с заготовкой, обрабатывались по 7-8 классу чистоты (Ra=0,63 мкм). Для исследования использовались заготовки из стали 20Х (НВ 155), обработанные точением.

Деформирование осуществлялось при следующих кинематических параметрах: скорости деформирования V«=3,5 мм/с; годаче на оборот S0=l,8 мм/об; т«=3°; 1=116 об/мин.

В качестве смазки использовалась смесь машинного масла и дисульфида молибдена в соотношении 1:4.

Результаты исследований показывают, что при осадке в матрице з рельефом (схема 1) выполненным в виде наклонной площадки под /глом 3-18°,25°,45°,60° профиль рельефа детали остаётся постоянным и равным профилю рельефа матрицы в течении всего цикла

Рис.6

осадки. Если рельеф на матрице выполнен в ввде прямого уступа (рис.Б,г) естественное течение металла в 8оне уступа нарушается, что приводит к возникновению кольцевой полости, трудноаа-полняемой и склонной к складкообразованию при последующей калибровке. Исследованиями установлено, что наличие рельефа на матрице способствует изменению напряжённо-деформированного состояния заготовки при осадке, обеспечивая высокую степень его однородности. Это приводит к выравниванию течения металла со стороны матрицы и увеличению равномерности боковой поверхности заготовки. Показано, что при 0=18° неравномерность (Dmax/Dmin) составляет 2-3%, что значительно меньше, чем при осадке аналогичных заготовок в матрице без рельефа.

Исследована осадка заготовок ступенчатым пуансоном (схема 2). Установлено, что наличие рельефа на пуансоне (рис.6) усиливает неоднородность деформированного состояния, что находит отражение в постепенном увеличении радиальных и уменьшении тангенциальных деформаций. Это приводит к одностороннему течению металла от центра к периферии и увеличению угла рельефа детали (ai). Показано, что если пуансон имеет две ступени, то вторая способствует заполнению рельефа в первой. Исследованиями установлено, что при осадке пуансоном с рельефом увеличивается неравномерность боковой поверхности заготовки, которая выше у заготовок с большей относительной высотой. При этом боковая поверхность заготовки приобретает форму гиперболы и склонна к потере устойчивости с образованием поперечной складки.

Проведены исследования по определению удельных усилий при холодном выдавливании рельефа в закрытой матрице (Рис.7).

Для стали 20Х (НВ 155) получено верхнее значение Руд, которое составляет Руд-З,2б3. Это на 23% выше, чем полученное Н.А.Корякиным при теоретическом анализе. На основании результатов исследований были разработаны технологические схемы и способы формообразования деталей Рис.7 сложного рельефа. В основу класси-

фикации схем были положены следующие признаки:

1. Относительные размеры фланца и ступицы детали №/<1, Н/с1), рис.7.

2. Форма и размеры рельефа на фланце: односторонний (Ьр<2 мм) и двухсторонний (йр>2 мм).

Первый признак определяет способ базирования заготовки с размерами Ьо, <30 в штампе.

Здесь возможны три случая:

а) одностороннее центрирование заготовки Ьо^0<1,8 в матрице с заглублением

б) двухстороннее центрирование заготовки 1то/с1о>1,8 в матрице и пуансоне

в) одностороннее центрирование в матрице 0/с1>2,5 без заглубления.

Второй признак определяет выбор возможного способа деформирования и количество переходов.

На основании исследований определена область изготовления деталей с односторонним рельефом на фланце за один переход и разработаны технологические схемы их формообразования (рис.8,а,б,в).

б) 1X2,5с1; ЬоЛ1о>1,8

в) □> 2, Бс1; ЬоЛ1о<1,8

При реализации предложенных схем разработан способ формосх разования деталей сложного рельефа. Сущность способа заключав' ся в том, что вытяжку фланца и формообразование рельефа на н< осуществляют со стороны матрицы путём осадки заготовки, а к либровку производят в процессе совместной прошивки полости сг пицы. Это позволяет по сравнению с известными способами умен] шить количество переходов и повысить точность деталей. 6 рабо' приведены примеры конкретной реализации способа и режимы форме образования деталей. Исследованы и разработаны технологичесга схемы и способы 2х переходной штамповки деталей с глубоким í сторонним рельефом на фланце ( D/d>2,5; hp>2 мм).

Изучено влияние формы и размеров промежуточных полуфабрик; тов (рис.9) на характер формообразования деталей в штампе okoi чательного перехода.

Установлено, что наиболее оптимальным, с точки зрения зала нения гравюры штампа и усилий деформирования, являются полуфа! рикаты (рис.9,в,г). Показано, что преднамеренное увеличен) глубины рельефа полуфабриката hPi>hP2 (где:ЬР2-глубина рельее детали) способствует лучшему заполнению угловых участков штам1 со стороны матрицы. Изучение макрошлифов поперечных сечений д< талей (меридиональный paspes) показывает, что граница paaflej течения металла при образовании полуфабриката в штампе окончи тельного перехода проходит на участках сопряжения фланца и ст; пицы. Это позволяет при неизменном диаметре фланца (D) рассма: ривать фланец и ступицу как две отдельные деформируемые обл& ти, для которых справедливо равенство объёмов фланца (Vf) ступицы (Vs) изделия и полуфабриката; т.е.:

Vfi*Vr2 ; ( 8 )

Vsi-Vs2 ;

( 9 )

Разработаны две новых охемы и способ двухпереходного формообразования деталей сложного рельефа для случаев:

1. Э<2,5<3; Ьс/й0С1,8 (полуфабрикат рис.7,в).

2. Б>2,5с1; Ьо/с1о>1,8 (полуфабрикат рис.7,г).

Сущность нового способа (рис.10) заключается в том, что для окончательного формообразования используют полуфабрикат (1) с размерами, определёнными из соотношений Уп-УГ2;

и рельефом со стороны, обращенной к матрице (2), который а) ЬР1=ЬР2, 3=25°; подвергают формоизменению пуан- б) йР1=ЬР2> 8=45°; соном с той же стороны, что и на в,г) йР1>ЬР2, 3=45°.

Приведены результаты расчёта процесса формоизменения полуфабриката (рис.9,г) в штампе окончательного перехода. Показано, что расчётная картина формоизменения достаточно хорошо согласуется с экспериментальными данными. Это позволяет использовать разработанный алгоритм расчёта для моделирования процесса и оптимизации формы инструмента и полуфабриката.

В пятой главе изложены методики расчёта и проектирования технологического процесса, оснастки и оборудования.

На основании полученных экспериментальных данных предложена

РИС."9

предшествующем переходе.

Рис.10

расчётная схема (рис.11) и методика определения размеров проме-~'точных полуфабрикатов при 2х переходной штамповке обкатыванием деталей сложного рельефа (рис.12).

Рис.12

Без учёта штамповочных уклонов, радиусов сопряжения и 3=45° получены следующие соотношения для определения размеров полуфабриката (рис.9,г).

1. Высота нижней части ступицы ( Ьх)

2

(¡г-Ьг

( Ю )

с132-<11

2. Глубина полости в ступице ( Ах)

2

с12'Ь2

Ах= Аг--2-2Г ;

( И )

<132-с1х

3. Высота ступицы ( Нх)

2

<Зг*Ь2

Нх- Н2 - —2-2- ;

( 12 )

4. Толщина полотна (

2 2

4Уг2-ЯЬр1[0г1-01+2(01-Ьр1)Ьр1] - -2—2-

Ж0Г1-с1з1)

5. Глубина рельефа С Ьрх)

Ьр1 = ЬР2 + Д ; ( 14 )

при ЬР2<5 Д-2,5-3 ЬР2>5 Л=«1,5-3

6. Смещение фланца относительно ступицы ( Г1>

= НГ( + I!) ; ( 15 )

Предложена методика построения гравюры штампа и сетки конеч-( элементов при моделировании процесса.

Для определения объёма полости круглого осесимметричного нмпа использована зависимость:

х2 х2

VI = 23Г[ Хх-Г1(х)с1х - Ух-£2(х)ахЗ ; ( 16 )

XI XI

где: Г1 (х), Гг(х) - функции, задающие конфигурацию верхнего и нижнего штампа.

XI. хя - радиусы, ограничивающие рабочую полость штампа.

Для задания сложного контура гравюры штампа, не поддающегося тематическому описанию, использован способ поэлементного раз-;ния контура на отрезки, задаваемые координатами отдельных [ек. Для построения (триангуляции) сетки конечных элементов юльзован метод выравнивания текущих границ. Изложена сущ-¡ть метода. Сформулированы основные требования к построению •ки и этапы реализации предложенного алгоритма триангуляции, разработана методика проектирования технологической оснасти инструмента для сферодвижной штамповки деталей сложного пьефа. Сформулированы технические требования и предложены тише конструкции сборного инструмента при формообразовании обиванием за два перехода.

Приведены рекомендации по определению размеров и формы инструмента, выбору материалов и износостойкого покрытия для инструмента.

Сформулированы основные требования и предложена методика проектирования установок на основе серийно выпускаемых гидропрессов. Приведена и описана конструкция разработанной установки для сферодвижной штамповки на основе пресса П2940 усилием 10000 кН.

В шестой главе даны результаты освоения технологии в производстве. Проведено всестороннее исследование структуры, механических характеристик и качества поковок, полученных методом сферодвижной штамповки. Разработана технология и проведена обработка полученных поковок по всему циклу производства. Изготовлена опытная партия шестерён, одна из которых была подвергнута длительным испытаниям на двигателе по специальной программе. До и после испытаний детали прошли двойной контроль на отсутствие микротрещин методами магнитного и люминисцентного контроля.

Результаты исследований и испытаний подтверждают высокое качество полученных деталей.

Показано, что применение технологии позволяет уменьшить трудоемкость механической обработки на 20%, а кузнечной - на 35% и повысить КИМ в 2,1 раза.

Основные выводы по работе

1. На основе экспериментального анализа формоизменения в условиях комбинировонного нагружения при осадке, прошивке, осадке с выдавливанием получены новые данные о силовых и кинематических параметрах деформирования, которые испольвуются в расчётных моделях.

2. Разработана схема и алгоритм расчёта энергосиловых параметров и формоизменения деталей типа дисков, основанные на применении метода конечных элементов (МКЭ), которые используются в производстве для компьютерного моделирования и выбора оптимальных режимов деформирования.

Экспериментально исследовано и установлено влияние формы рельефа инструмента (пуансона и матрицы)на характер формоизменения цилиндрических заготовок при осадке обкатыванием. Показано, что изменяя форму рельефа можно управлять течением металла на контактной поверхности, обеспечивая высокую степень равномерности боковой поверхности заготовки без образования дефектов.

Разработана методика определения размеров и формы промежуточных полуфабрикатов при двухпереходных процессах безоблой-ного формообразования обкатыванием деталей сложного рельефа в закрытых штампах.

Предложены рабочие методики для реализации разработанных алгоритмов расчёта процесса и проектирования инструмента и оборудования.

Разработаны, освоены и внедрены в производство технологические схемы и способы одно-двухпереходной безоблойной штамповки обкатыванием деталей сложного рельефа из легированных сталей.

На основе предложенных методик разработаны и реализованы __ в производстве серийные конструкции инструмента и промышленных установок для сферодвижной штамповки на основе серийных гидропрессов усилием 2500, 10000 кН.

Разработана и освоена технология безоблойного формообразования деталей сложного рельефа типа "шестерня" авиационных двигателей. Качество полученных деталей подтверждено положительными результатами длительных испытаний на двигателе. Результаты работы внедрены на Казанском моторостроительном производственном объединении с годовым экономическим эффектом 304,5 тыс.руб. ( в ценах 1989 года ).

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих ра->тах:

Чистяков B.C., Бубякин В.И., Зиганшин Ш.Р., Апехтин O.K., Ширхалова В.М.. Формообразование точных заготовок деталей двигателей из легированных сталей сферодвижной штамповкой.-Авиационная промышленность, 1991, N1, ,0.13-14.

2. Чистяков B.C., Сурков В.А.. Формообразование точных заготовок сложного рельефа методом сферодвижной штамповки. В сб."Научно-технические проблемы конверсии в авиадвигателест-роении". Тезисы докладов. М., Истоки, 1990, с.55-57.

3. Чистяков B.C., Тюленев A.B., Апехтин O.K., Ширхалова В.М.. Технология, оснастка и оборудование для формообразованю малоприпуоковых заготовок методом сферодвижной штамповки. Межотраслевой научно-технический сборник "Научно-технические достижения", М., ВИМИ. 1992. N9, с.25-29.

4. Чистяков B.C.. Формообразование точных заготовок сложного рельефа методом сферодвижной штамповки. /Технология авиационного двигателе-агрегатостроения в 12 томах под ред. д.т.н. Карасёва Б.Е./, т.2, М., НИИД, 1993, с.183-19?.

5. Чумаченко E.H., Залавина Ю.Ю., Чистяков B.C.. Расчёт процесса торцовой раскатки дисков. Известия ВУЗов, Чёрная металлургия, 1994, N9, с.35-38.

6. А.с.1738464 (СССР). Способ изготовления осесимметричных заготовок. ( Чистяков B.C., Тюленев A.B., Сурков В.А., Апехтин O.K.). опубл. в В.И., 1992, N21.

7. А.с.1738466 (СССР). Способ изготовления, кольцевых изделий. ( Чистяков B.C., Тюленев A.B., Апехтин O.K.). опубл. в Б.И., 1992, N21.

8. А.0.1761367 (СССР). Устройство для штамповки стержневых изделий с развитым в плане фланцем. ( Гордий В.П., Корякин H.A., Гильманов Н.Ф., Чистяков B.C., Сурков В.А.). опубл. в. Б.И., 1992, N34.

9. Решение ВНИИГГО по заявке N4952673/27/045652 о выдаче авторского свидетельства на "Устройство для штамповки обкатыванием". ( Чистяков B.C., Торбин В.М., Чуфистов В.И.) от 28.04.92.