автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Исследование и разработка совмещенных процессов обжима-раздачи высоких кольцевых поковок

РГ6 од

7 С \ На правах рукописи

РкЗчнкоа Алексей Вячеславович УДК 621.735.043

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА СОВМЕЩЕННЫХ ПРОЦЕССОВ ОБШША-РАЗДАЧИ ВЫСОКИХ КОЛЬЦЕВЫХ иокозок

Специальность 05.16.05. - Обработка металлов давлением

Автореферат диссертации на соискание ученой степени г',£':д1щата технических наук

Ижевск - 1998

Работ¿1 выполнена и Ижевском государешеппом техническом уии; верситете.

Научный руководитель доктор технических наук, профессор Чёрных М.М.

Официальные оппоненты:

заслуженный деятель науки УР,

доктор технических наук,

профессор Корншш H.A.;

кандидат технических наук,

старший научный сотрудник liai ялов Б. А.

Ведущее ьредприяше ОАО «Икгсталь», i. (шеагк

Защита состоится «23» июня 1998 i. а 10 чао. на заседании диссертационного совета ДР 064.35.14 в Ижевском государственном техническом университете по адресу: 426069, г. Ижевск, ул. Студенческая, д. 7.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ижевскою гос\ дарственного технического университета.

Автореферат разослан мая 1998 i

Ученый секретарь

диссертационного совета

д.т.н., профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Осесимметричные поковки составляют значительную часть номенклатуры кузнечно-штвмповочиых цехов. Наиболее распространенным и универсальным способом их изготовления остается штамповка в открытых штампах. Неизбежные при этом большие потери металла в отходы на облей и кузнечные напуски обуславливают необходимость разработки малоотходных технологических процессов.

Одной из прогрессивных технологий изготовления осесимметричпых поковок является малоо гходиая безуклонная штамповка (МБШ). МБШ позволяет сократить расход металла за счет устранен™ или значительного сокращения напусков на штамповочные уклоны и уменьшения облоя без привлечения дополнительного оборудования, а также снизить трудоемкость последующей механической обработки поковок. Для изготовления поковок по безуклонной технологии достаточно обычной точности дозировки объема заготовки, конструкция штампов проста, их стойкость и надежность работы не являются сдерживающим фактором.

Малоотходная штамповка высоких кольцевых поковок (с Н/0„>0,45, где // - высота поковки, Д - ее наружный диаметр) наиболее эффективна, поскольку с ростом высоты и массы поковки растет и доля напусков на штамповочные уклоны в общем объеме отходов металла, но, в то же время, наименее изучена и недостаточно широко применяется на практике.

Анализ номенклатуры осесимметричных поковок ряда кузнечно-штамповочных заводов, проведенный для обоснования необходимости дальнейших исследований операций МБШ, показал, что кольцевые поковки составляют значительную часть, изменяющуюся от 16% на АО «Иж-сталь» до 45% на Курганском машиностюительном заводе (КМЗ). Доля чмеоких поковок с '/,/3„- 0,4 в общем объеме кольцевых поковок также значшельна п составляет от 19% на АО хКировскпй завод» (г. Санкт-

Петербург/ ди 69% на КМЗ. Использование известных операций МБШ для устранения и.юиш: на ижих поковках приводит либо к значительным отклонениям профиля н формы поковки (торцевой заусенец, искривление стенки) при прямом и обратном обжиме, либо к снижению производительности штамповочной линии и сложности наладки штампов при обжиме в две стадии. Совмещение обжима (как прямого, так и обратного) с раздачей, позволяющее устранить указанные недостатки, малоисследовано, отсутствуют методики расчета и оптимизации параметров технологических процессов н инструмента для обжима-раздачи поковок, что сдерживает внедрение этих прогрессивных операций в производство.

В связи с изложенным представляется актуальным и своевременным исследование и совершенствование технологических процессов МБШ с использованием обжима-раздачи высоких кольцевых поковок и создание научно обоснованных рекомендаций по расчету параметров процессов.

Цель работы. Целью настоящей работы является исследование обжима-раздачи поковок, разработка научно обоснованной методики расчета параметров технологического процесса и новых схем обжима-раздачи.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Провести анализ существующих схем устранения уклонов и выявить потенциал совмещенных операций и возможности их совершенствования.

2. Выполнить теоретическое и экспериментальное исследования.

3. Разработать методику расчета параметров технологических процессов обжима-раздачи высоких кольцевых поковок.

4. Определить области рационального применения совмещенных операций.

5. Разработать подсистему САПР МБШ для обжима-раздачи.

Методы исследования. Теоретическое исследовать выполнено при помоши имитационного математического моделирования процессов устранения уклонов с применением метода конечных элементов (МКЭ) н же-стко-вязкопластичной постановке. Решение задачи проведено с использованием вариационного принципа. Использован математический аппарат теории обработки металлов давлением.

Экспериментальная проверка полученных теоретических положений проведена в лабораторных условиях на свинцовых образца1;. Для определения формоизменения образцов применены методы световой и электронной микроскопии. Результаты эксперимента обработаны методами математической статистики.

Научная новизна работы, определяемая совокупностью научных положений, полученных в результате теоретических к экспериментальных исследований, заключается в следующем;

» исследовано напряженно-деформированное состояние поковки и установлены закономерности течения металла при обжиме-раздаче поковок и, в результате их сравнс я с напряженно-деформированным состоянием поковки при традиционных процессах МБШ, обоснована целесообразность совмещения 01 .раций;

о выявлены возможности совершенствования обжима-раздачи за счет создания в поковке дополнительной зоны раздачи,

• установлены оптимальные соотношения между зонами обжима и раздачи в зависимости от размеров поковок и схемы совмещения операций;

* установлены области рациональною применения совмещении к процессов обжима-раздачи.

Практическая ценность заключается в разработке научно обоснованной методики проектирования технологических процессов обжима-раздачи, чертежей поковок и штампов, обеспечивающей получение поковок требуемой точности с минимальными кузнечными напусками. Результаты работы представлены в виде, удобном0для инженерного использования.

Разработана подсистема САПР 1ехнологического процесса МБШ с использованием обжима-раздачи.

Результаты работы использованы при разработке технической документации для поковки «Шестерня» на АО «Ижсталь» и рекомендованы к использованию на АО <лКнровский завод» (г. Санкт-Петербург) для двух наименований поковок, получаемых без штамповочных уклонов.

Методические разработки используются в учебном процессе на кафедре «М и ТОМД» Ижевскою государственного технического университета.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована использованием проверенной математической модели, сходимостью полученных результатов с экспериментальными данными и соответствием результатам работ, выполненных другими авторами.

Апробация работы. Основные положения и материалы работы доложены и обсуждены на международной научно-практической конференции «Проблемы системного обеспечения качества продукции промышленности» (г. Ижевск, 1997 г.), научно-технической конференции «Совершенствование процессов и оборудования кузнечно-штамповочного производства» (г. Нижний Новгород, 1997 г.), научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ИжГТУ (1996 - 1998 г.г.), науч-

ных семинарах кафедры «Машины и технология обработки металлов давлением» ИжГТУ (1996 - 1998 г.г.).

Публикации. Основное содержание работы опубликовано п шести печатных работах.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов. Работа изложена на 152 страницах машинописного текста, содержит 72 рисунка, 9 таблиц и список литературы из 145 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы основные положения, определяющие ее научную новизну.

В первой глпве проведен анализ состояния вопроса, приведены основные принципы МБШ осесймметричных поковок, рассмотрены имеющиеся аналитические решения по определению силы деформирования и формоизменения поковки, проанализированы недостатки существующих схем устранения уклонов на высок?« кольцевых поковках и возможности их совершенствования. Далее сформулирована цель диссертационной работы к поставлены задачи исследования.

Обзор традиционных схем устранения уклонов на высоких кольцевых поковках позволил сделать вывод о целесообразности совмещения обжима и раздачи.

Результаты исследования совмещенного процесса обжима и раздачи листовых и трубных заготовок приведены в трудах Ю.А. Алюшина, Б.Н. Березовского, М.Н. Горбунова, Г.М. Дег' пева, С.А. Евскжова, Х.К. Каде-рова, Е.А. Попова, ЮГ. Розова, D.H. Фролова и других. В своих работах они рассматривают два независимых очага деформации, разделенных про-

меж}точной поверхностью. Приводимые авторами решения по определению силы деформирования и формоизменения заготовки основаны на допущении о равномерном распределении напряжений и деформаций по толщине заготовки, что не позволяет использовать эти решения для расчета напряженно-деформированного состояния поковки в процессе устранения штамповочных уклонов.

Исследованию операций обжима и раздачи при малоотходной без-уклошюй штамповке посвящены работы Ф.Д. Бичукина, В.Н. Горбунова, А.З. Ж\равлева, П.С. Исуповл, В.К. Лобанова, Л.А. Мамонтовой, И.Е. На-кутного. Р.И. Непердшпш, В.М. Пнлиленко, С.П. Пономаренко, В.А. Привалова, С.А. Пучина, А.И. Пьянкова, Б.П. Рудакова, Л.А. Рябичевой, Г.П. Соколовой, В.В. Сорокина, П.Г. Тырсина, О.Н. Черменского, М.М. Черных, Л.С. Шальнева, Ф.Г. Яйленко н других.

Наиболее полно исследованы энерго-силовые параметры процессов, а также вопросы, связанные с изменением толщины стенки поковки в этих операциях. Однако принятые авторами работ допущения о плоском деформированном состоянии поковки делают приведенные зависимости пригодными только для приближенных расчетов, а сами методики расчета не позволяют определить формоизменение поковки. Для исследования операций обжима-раздачи поковок представляется наиболее целесообразно применить методику, основанную на математическом моделировании процесса с использованием метода конечных элементов (МКЭ), являющимся в настоящее время эффективным методом моделирования и позволяющим решать широкий ряд задач осесимметричнон штамповки. Наибольший вклад в разработку МКЭ внесли зарубежные ученые Т. Altan, S. Kobayashi, G.H. Lahoti, S.I. Olí, N. Rebelo, Р. Галлагср, О. Зенкевич, Л. Ce-герлннд и другие, работы которых послужили основой для развития метода у нас в стране и трудах Ю.А. Бочарова, A.B. Власова, Г.Я. Гуна, В.В. Качмыково, В.Д. Кухаря, А.Г. Овчинникова, К.И. Романова и других. При-

менительно к процессам МБШ метод конечных элементе использован в работах М.М. Черных н А.И. Пьянкова.

Анализ известных схем устранения уклонов на высоких кольцевых поковках показал присущие им недостатки. Так при использовании операции прямого обжима велика площадь контакта поковки с матрицей, что приводит к образованию торцевого заусенца. Обратный обжим, применяемый для тонкостенных ¡¡оковок, вследствие большой протяженности обжимаемой части поковки и действующих и ней напряжений, приводит к значительному искривлению стенки. Применение же обжима в 2 стадии, хотя 1! позволяет получать поковки требуемой точности, (ю снижает производительность штамповочной линии, усложняет конструкцию н наладку штампа. Устранение указанных недостатков возможно при совмещении обжима с раздачей. Однако недостаточная изученность данных операций и, как следствие, отсутствие методики проектирования и ошимизацни технологических процессов МБШ с использованием обжнма-ращачи сдерживает внедрение этих процессов в производство.

Другим фактором, замедляющим использование совмещенных операций, является отсутствие алгоритмов и программ, уч .тающих особенности этих процессов при автоматизированном проектировании технологическою процесса безуклопной штамповка. Поэтому существующую САПР МБШ, разработанную на основе САПР горячей объемной штамповки, необходимо дополнить алгоритмами расчета предварительной и окончательной поковок, проектирования и наладки штамгювого инструмента для операций совмещения обжима и раздачи. Кроме того, необходимо определить области рационального применения доделочных операций в зависимости от соотношения размеров поковок и скорректировать алгоритм выбора доделочной операции для поковок типа колец.

В конце главы сформулированы цель и задачи диссертационной работы.

Во второй главе описана методика расчета напряженно-деформированного состояния (НДС) поковки прт обжиме-раздаче, проведен анализ НДС различных схем устранения уклонов, на основе которого определены возможности совершенствования совмещенных операций, >с-

с

тановлены ооласти их рационального применения и оптимальные соотношения между обжимом и раздачей.

Решите задачи проьедено методом конечных элементов с использованием вариационного принципа, согласно которому из всех кинемашче-ски возможных полей скоростей истинным является то, которое обеспечивает абсолютный минимум функционачу баланса мощности:

Ф - [,сг-1сЛ'+ ¡^-¿$<¡7- }/■',-и,®

г - л', ¿>

Функционал включает в себя скорость рассеяния (диссипации) энер-1 ии пластической деформации, мощность, развиваемую действующими на поковку внешними силами, а также учитывает условие несжимаемости „>:, =0 с помошыо метода штрафов (пенальти). Использование метода штрафов упрощает определение гидростатического давления:

а = к ■ ¿у

Таким образом, решение задачи сводится к отысканию минтцма функционала (1) па кинематически возможных нолях скоростей:

«5Ф00 = 0 (2)

Связь между основными неизвестными, входящими в выражение для функционала, установлена при помощи следующих зависимостей теории пластичности:

» условие пластичности Губера - Мпзесд;

• уравнения теории течения Сен-Венана - Леви - Мизеса, определяющие связь между тензором скоростей деформации ¿¡, и девиа-юром напряжений ст„■;

в соотношения Кении, определяющие снять между скоростями точки и элементами тензора скоростей деформации.

Наличие осевой симметрии позволяет ограничиться рассмотрением поведения точек, расположенных на меридиональном сечении поковки.

Применение метода конечных элементов даст возможность представить поле скоростей точек поперечного сечения поковки через скорости узлов сетки конечных элементов с использованием функций формы. В качестве базовых элементов для дискретизации сечения поковки выбраны четырехугольные элементы, с введением ß зонах локальных /¿(.'формаций промежуточных узлов на сторонах элементов.

Использование стандартных процедур МКЭ позволяет представить функционал баланса мощности как функцию неизвесшых ушовых скоростей. F5 этом случае вместо вариационного уравнения (2) можно «»писать дифференциал!,мое уравнение:

г{„}

В результате выполнения операции диффере. лрования получена основная система нелинейных уравнений для определения неизвестных узловых скоростей, которую в матричном виде можно представить:

И)

где [ЛГ| - нелинейная матрица жесткости;

{и} - вектор узловых скоростей;

{Р} — вектор внешних ншрузок.

Нелинейное матричное уравнение (4) совместно с кинематическими граничными условиями на поверхности контакта, связывающими значения радиальной и осевой составляющих вектора скорости точки, составляют полную систему, неизвестными в которой являются узловые скорости и нормальные узловые силы в точках контакта.

Избзтпься от неизвестных в правой части возможно путем введения кинематических условий непосредственно в систему уравнений и изменения матрицы [А*] и вектора {Р}.

Модифицированная система записывается аналогично:

Решение данной системы проводится с использованием итерационных процедур.

Изложенная методика позволила провести анализ папряженно-деформиропанного состояния поковки при различных схемах доделочных операций. Установлено, чго при обратном обжиме поковки искривление стенки возникает вследствие значительной протяженности зоны обжима и действующих в ней сжимающих осевых а1 и касательных тп напряжений. Первые приводят к изгибу стенки поковки, вторые к наплыву металла.

Рис. 1. Известная схема совмещения обратного обжима с раздачей

(5)

Уменьшить протяженность обжимаемой части поковки и, соответственно, величины напряжений ег. и г,., можно при совмещении обратного обжима с раздачей (рис. 1). Так, для поковки с размерами //=61 мм; 0„=120 мм; Д=65 мм, напряжения ст. уменьшаются с -0,9а, до -О.Зсг!, а тп - с 0,5с, до 0,4сг„ что приводит к снижению отклонения профиля в верхней части с 1,3 мм до 0,5 мм. Однако в этом случае, как показал анализ НДС, протяженность части поковки, вышедшей из обжимной матрицы становится недостаточной для образования в ней положительных тангенциальных напряжений а^ и се внеконтактного растяжения. Более того, зона растягивающих напряжений о-,,, возникающая в верхней части поковки от действия раздающего пуансона, увеличивает отрицательное отклонение профиля в нижней части с -1 мм до -1,2 мм.

Рис. 2. Усовершенствованная схема совмещения обратного обжима с раздачей

Исходя ич полученных результатов, автором предложен способ усовершенствования обратного обжима-раздачи за счет дополнительной раздачи части поковки, вышедшей из обжимной матрицы. При сохранении основного дсстоинсз на известной схемы - уменьшения искривления стенки поковки в ее верхней части - усовершенствованная схема (рис. 2) позволяет за счег более раннего начала спрямления обжатой части поковки значительно снизить ее изгиб (для рассматриваемой поковки величина отклонения профиля, уменьшится с -1,2 мм до -0,4 мм).

Проведенный анализ НДС иысоких кольцевых поковок при прямом обжиме показал, что основной причиной образования торцевого заусенца является значительная величина касательных напряженна т1г и возникаю' тих под их действием накопленных деформаций сдвига уп .

1

Рис. 3. Схема совмещения прямого обжима с раздачей

Уменьшить данные напряжения можно за счет увеличения протяженности внеконтактно растягивающейся части поковки. Однако при этом

действующие з ней растягивающие тангенциальные напр. кения о\, становятся недостаточными для достижения тангенциальными деформациями значений, необходимых для устранения конусности в нижней части поковки. Решением, позволяющим наряду с уменьшением касательных напряжений г^ в обжимаемой части поковки устранить и остаточную конусность, является совмещение прямого обжима с раздачей нижней чисги но-коъхи (рис. 3). При атом не только снижаются значения касательных напряжений тп и накопленных деформаций сдвша уп (так, для поковки с размерами Н-66 мм; Д,= !37 мм; £>„=84 мм, гг. уменьшаются с 0,450; ди 0,3о;, & у„ - с 0,8 до 0,4), но и увеличиваются значения растят нваюшич тангенциальных напряжений сг и деформаций е (для рассматриваемой поковки - с 40 МПа до 80 МПа и с 0,02 до 0,05 соответственно) н нижней части поковки, обеспечивающих полное спрямленис. стенки. В ретулыате поковка получается без торцевого заусенца, а отклонение профили наружной боковой поверхности уменьшается с -!,! мм до-0,4 мм.

При помощи имитационного математического моделирования иолу->;ны области рационального применения операць обжима-ра ¡дачи (рис.4). Установлено, что точность размеров окончательной тюковки зависит от выбора схемы совмещения операций. Гак для толстостенных поковок (с толщиной стенки Р-0,2.,.0,25Ом область VI! нз рис.^4) целесообразно использовать прямой обжим-раздачу, а для поковок с тонкой стенкой (область IX на рис. 4) - обратный обжим-раздачу.

Результаты исследований позволили доработать диаграмму рационального применения доделочных операций для кольцевых поковок с учетом изученных совмещенных операций устранения штамповочных уклонов.

о

0,2 0,4 0,6 0,8 ^

'в

Рис. 4. Диаграмма рационального применения »сделочных операций для кольцевых поковок

Установлено, что оптимальная протяженность зоны раздачи на поковке зависит от соотношения ее размеров и применяемой схемы совмещения обжима и раздачи. Так для поковок с толстой стенкой, получаемых прямым обжимом-раздачей, оптимальная протяженность раздаваемой части составляет от 0,25 до 0,37 высоты поковки, а для поковок с тонкой стен-

кой, изготавливаемых обратным обжимом-раздачей, * от 0,3 до 0,5 высоты покоеки.

0 0,1 0,3 0,5 0,7 А

Рис. 5. Диаграмма определения оптимальной протяженности зоны раздачи

на поковке

Применение меньших значений кг у толстостенных поковок приводит к образованию торцевого заусенца, а увеличение - к остаточной конусности нижней части поковкч, поскольку сила, требуемая для ее раздачи, становится больше силы смятия стенки. Для тонкостенных поковок меньшие значения кр педут к росту искривления верхней части поковки, а бочьшие - к остаточной конусности на вышедшей из обжимной матрицы части по:со?ки из-за недостаточной для „-уществлення раздачи ее протяженности.

1основании проведенных исследовании разработана диаграмма определения оптимальной протяженности зоны раздачи на поковке (рис.5), имеющая практическое шачение при проектировании технологических процессов МК1И высоких кольцевых поковок.

Таким образом, анализ напряженно-деформированного состояния поковок гюка;лл возможности совершенствования обжима-раздачи и снижение отклонении формы и размеров поковок, получаемых данными операциями.

В третьей главе проведено экспериментальное исследование процессов обжима-раздачи и сопоставление его результатов с теоретическими.

Исследование выполнено на свинцовых образцах, моделирующих поведение горячего металла в процессе деформирования. В качестве критериев сравнения расчетных и опытных данных были выбраны основные параметры формоизменения поковки - отклонения профилей наружных боковых поверхностей, распределение тангенциальных напряжений па торцах поковки и относительное изменение высоты поковки, - а также изменение силы деформирования по ходу операции, как интегральной характеристики напряженного состояния поковки.

Кроме того, экспериментально проверены границы областей рационального применения операций обжима-раздачи и оптимальная протяженность зоны раздачи на поковке. Проверки осуществлялись путем сравнения отклонений профиля наружных боковых поверхностей поковок, получаемых различными схемами совмещения обжима с раздачей при различной протяженности зоны раздачи. Операция и величина 'зоны раздачи, обеспечивающие минимальные отклонения профиля считали«, оптимальными.

Результаты экспериментального исследования и имитационного моделирования процессов деформирования образцов сведены в таблицу. Об-

< 0 в Группа образцов

1 0.50 о ы о * о (о о о -0 о # 8 ил о А о ы --1 О То ил о ил о о ы ил * о ¡о о Коэффициент протяженности зоны раздачи кр

о Ьо о К) © о V о ъ ил р ил о % К) © I—* ил О о V ы о 1*> о То Расчетное В К >4 о £ * ге Я £ о 2*0 о » й К х К< а а-и: о, я с г о о "о о з 2 * Я п х о •§■ о ЗЕТ1

о Хо ил о То ил о о\ о ил р и! и; р 10 о о 1л © к) О ш ■и о ил о 'л Оч о То Экспериментальное

оч то о ил м о и ил (О ил оч то ил ил Оч К» о то о Отклонение, %

и> Чо о То 00 и> 1 о и» 1 о чО -1 ил У1 ил 1 сч 1 чО То ил 1 Расчетное 8 -а Й о б тз о .о 2 Р ?! О » Р Я !я К Т. £ ё о ■е- е' ■ъ- И § § К X и г с X К ы К< .л я ^ ■ ■ -1 0 £ а £ ¡Г 1

б!5 КО >5 ' 4* - ! 0О ил ил 1 ил 1 о 1 ;о Экспериментальное

1 1 _! 1 - о о <-•■> ¡ил 1_ о\ Отклонение, %

1 ! I , 1 О , и..» {ил 1-1 "гс | х. 1 , О и со и! я ЧО Расчетное Й 2 6 тз о о4

1 1 > 1 Л- 1 1 и I ¡ил ■ О - 1 ю и чо '.л 1л Экспериментальное

| -X ! ил ! | »¡2 -ь. о ч£> 00 ОС - Отклонение, %

со |1о ил 41/> к> К) <о -С. Ъо а* 1 о о СС ю ил '.Л N1 То Расчетное § 1 о ж 2 Й с Й о я д 2 к к 5 О *

ю! ич г» у; >0 ил ю у» — Гил — 1 р о р Сч У 00 ил N1 ил 4>. Экспериментальное

! 1 00 -и м о о - о ил Отклонение, %

, 11 1 X* 1 ил о ; сл | и 1 .и ы ил -с» ск ио 00 4* Ю -4 ю № ио ы 4». ЬО Расчетное 3 % " £ а 5 2 1 1 В 5 К ш К » Т. о а?

иа I -и О.» | л. чо сс и, чс и> из ы 00 4- и! (О о Экспериментальное

1 | СО ; ОО ! СТ: 1 I со 1 чо Р° ил -о Сч К> Отклонение. %

ращы 1 и III групп подвергали прямому обжиму-раздаче, а образцы групп II и IV - обратному обжиму-раздаче. Поковки, получаемые прямым обжимом-раздачей при кр, меньших оптимальных, и имеющие меньшие отклонения профиля, не удовлетворяют требованиям точности формы, т.к. на них образуется торцевой заусенец. При обратном обисиме-раздаче наибольшая точность поковок достигается при оптимальных кр.

Сопоставление опытных и расчетных значений говорит об их удовлетворительной сходимости (отклонение не превышает 25%), что свидетельствует о возможности использования полученных в ходе теоретического исследования результатов.

В чешерчой главе разработана методика проектирования техноло-< нческих процессов обжима-раздачи и штамповой оснастки.

Последовательность автоматизированного проектирования следующая.

На основании геометрии поковки осуществляется выбор схемы совмещения обжима с раздачей. Далее по рекомендациям, приведенным во второй главе (рис. 5), назначается оптимальная протяженность зоны раздачи на поковке. После чего проектируются окончательная (ОП) и предварительная (1111) поковки и назначаются параметры доделочного инструмента (обжимной матрицы и раздающего пуансона), составляется и рассчитывается схема наладки совмещенного штампа. Данные стадии проектирования реализованы в алгоритмах выбора доделочной операции, расчета ОГ1 и ПП, проектирования и наладки штампа. Далее осуществляется расчет НДС поковки при обжиме-раздаче по методике, изложенной во второй главе, позволяющий получить полную картину о формоизменении поковки и энер-iосиновых параметр:« процесса на любой стадии деформирования. По конечным результатам моделирования уточняется оборудование, схема об-

жима-раздачи, геометрия предварительной и. при необходимости, окончательной поковки.

На основании теоретического и экспериментального исследования большой группы высоких кольцевых поковок разработана упрощенная инженерная методика, которая включает в себя выбор оптимальной доде-лочной операции, расчет ГШ и ОП, проектирование штампового инструмента для обжима-раздачи и схемы его наладки и позволяет получать поковки заданной точности с остаточными уклонами на боковых поверхностях, не превышающими 1,5°.

Предложенная методика использована при разработке технической документации на поковку «Шестерня», штампуемую на ДО «Ижсталь». Экономия металла от внедрения составит 2,7 кг. Кроме того, проанализированы возможности применения результатов работы для оптимизации ранее внедренных процессов обжима-раздачи на АО «Кировский завод» (г. С.-Петербург). Суммарная экономия металла от оптимизации технологических процессов МБШ для двух наименованиях поковок («Сателлит» и «Шестерня») составит 3,9 кг на трактор.

ОБЩИЕ ИТОГИ И ВЫВОДЫ МО РАБОТЕ

1. Выполнен анализ напряженно-деформированного состояния поковки с использованием метода конечных элементов в жестко-вязконластичной постановке.

2. Установлено, что совмещение обжима с раздачей при получении кольцевых поковок без штамповочных уклонов целесообразно при их отно-сстельной высоте #/Д,>0,45.

3. Показано, что в зависимости от толщины стенки поковки следует применять различные схемы совмещен«., обжима с раздачей. Для толстостенных поковок с Ц/Д,<0,5 большую точность обеспечивает прямой

обжим-рамача. а для поковок с тонкой стенкой при Д/Д>0,5 - обратный обжим-раздача

4. Совмещение прямого обжима с раздачей позволяет повысить точность поковок за счет уменьшения величины касательных напряжений, а обратного обжима с раздачей - за счет уменьшения осевых и касательных напряжений.

5. На основании проведенных исследовании предложена усовершенствованная схема совмещения обратного обжима с раздачей, основанная на дополнительной раздаче части поковки, вышедшей из обжимной матрицы. Предложенная схема дает возможность начать спрямлеше очкатой части покошен на более ранней стадии процесса, что обеспечивает уменьшение изгиба стенки.

6. Определены оптимальные значения протяженности зоны раздачи в зависимости от соотношения размеров поковки и схемы совмещения операций. Они составляют от 0,25 до 0,35 высоты поковки у толстостенных поковок, получаемых прямым обжимом-раздачей, и от 0,3 до 0,5 у поковок с тонкой стенкой, изготавливаемых обратным обжимом-раздачей. Полученные результаты обобщены в виде диаграммы, имеющей практическое значение при проектировании технологических процессов МБШ высо1и!х кольцевых поковок.

7. Установлены области рационального применения операций обжима-раздачи, позволяющие в зависимости от соотношения размеров поковки выбрать доделочнуто операцию, обеспечивающую наибольшую точность поковки.

8. Экспериментальная проверка основных параметров формоизменения поковки и силы деформирования показала удовлетворительную сходимость их расчетных и опытных значений (расхождения не превышают 25%).

9. Разработана методика проектирования техно,кн ичо. м;. ■ l.ponecca обжима-раздачи, формы и размеров поковок и штампов im июляющая получить окончательную поковку с заданными размерили! при минимальных напусках на штамповочные уклоны, не превышающих 1,5°.

10.Разработана подсистема САПР МБШ для обжима-раздачи, коюрая позволяет автоматизировать разработку чертежей поковок и инструмента и схем наладки штампов.

! 1 .Результаты работы использованы на AI) ч<11жсталь>- при разработке технической документации на поковку «Шестерня». )кономия металла от внедрения сос raairr 2,7 кг. Использование ре)улыатов работы для оптимизации технологических процессов МБШ на Кировском заводе (г. С.-Петербург) позволит получить экономию металла },'•> к| на трактор на двух наименованиях поковок («Сателлит» и «Шестерня»),

Основное содержание диссертации опубликовано и следующих рз

ботах:

1. Черных М.М., Рябчиков A.D., Пьяикоз А.И. Совмещение обжима с раздачей при устранении штамповочных уклонов на по' овках // Ресурсосберегающие технологии обработки металлов давлением и математическое моделирование. Тез. докладоо XXX научпо-гехннческой конференции ИжГГУ. - Сборник каф. МиТОМД. - Ижевск, ¡996 - С Ы.

2. Черных М.М., Рябчиков A.B., Пьянков А.И. Устранение штамповочных yscnoiiOB на высоких кольцевых поковках // Совершенствование процессов и оборудования КШП. Доклады II научно-технической конференции. - Н. Новгород, 1997. - С. 31-32.

3 Черных М.М., Рябчиков A.B. Силовой режим обжима-раздачи нокозик // Научный и информационный бюллетень № 2, ч 1. Международная Академия информатизации. Удмуртское отделение. Ижевск: Персей, 1997. - С. 270-274.

'1. Черных М.М., Рябчиков A.B., Пьянкоа А.И. Повышений точности высоких кольцевых поковок, получаемых без штамповочных уклонов // Проблемы системного обеспечения качества продукции промышленности. Доклады международной научно-практической конференции. -Ижевск, 1997.-С. 31-3?.

5. Черных М.М., Рябчиков A.B., Пьянков А.И. Определение коэффициента раздачи при устранении штамповочных уклонов на высоких кольцевых поковках // Ученые ИжГТУ - производству. Тезисы докладов научно-технической конференции ИжГТУ. - Ижевск, 1998. - С. 65.

6. Черных М.М., Рябчиков A.B. Возможности совмещения обжима с раздачей при устранении штамповочных уклонов на поковках // Вестник ИжГТУ. - № 1. - Ижевск, 1998. - С. 36-38

Подписано к печати 12.05.1598. Формат 60x84 1/16 Объем 1,0 п.л. Тираж 100. Зака! J«

Типография АО «ILkciaia»