автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.05, диссертация на тему:Изготовление полых цилиндрических деталей ротационной прошивкой в неприводной матрице

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ И ВЫБОР МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Анализ способов изготовления полых деталей

1.2. Классификация способов ротационной прошивки

1.3. Описание процесса ротационной прошивки цилиндрическим валком в неприводной матрице

1.4. Схематизация процесса ротационной прошивки

1.5. Выбор методов и структура исследований

2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА РОТАЦИОННОЙ ПРОШИВКИ

2.1. Геометрические характеристики процесса

2.1.1. Определение формы и размеров поверхности контакта валка с заготовкой

2.1.2. Формоизменение при ротационной прошивке

2.2. Кинематические характеристики процесса.

2.2.1. Кинематика инструмента.

2.2.2. Кинематика очага деформации.

2.2.3. Скольжение на контакте

2.3. Энергосиловые характеристики процесса

2.3.1. Определение глубины ОД

2.3.2. Верхняя оценка осевой нагрузки на валке

2.3.3. Определение напряженного состояния в ОД

2.3.4. Определение энергосиловых параметров процеоса . НО

2.3.5. Результаты расчета энергосиловых параметров

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА РОТАЦИОННОЙ ПРОШИВКИ

3.1. Исследование энергосиловых параметров процесса . 132 '3.I.I. Описание экспериментальной установки

3.1.2. Методика измерений

3.1.3. Результаты экспериментов

3.1.4. Оценка точности полученных результатов. Сравнение с теорией

3.2. Исследование деформированного состояния

3.2.1. Методика экспериментального исследования

3.2.2. Анализ результатов

4. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ, ВНЕДРЕНИЕ И РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА РОТАЦИОННОЙ ПРОШИВКИ

4.1. Область рационального использования процесса.

4.2. Методика расчета технологических параметров

4.3. Разработка и освоение процесса ротационной прошивки

4.4. Расчет экономической эффективности внедрения процесса ротационной прошивки

В ы в о д ы

Л и т е р а т ур а

В "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1981-1985 годы и на период до 1990 года" отмечено, что "в одиннадцатой пятилетке ставится задача ускорить технологическое перевооружение производства, проводить линию на быстрейшее создание и повсеместное внедрение принципиально новой техники и материалов, применение в широких масштабах высокоцроизводительной энерго- и металлосберегающей технологии". Решение этих задач неразрывно связано с совершенствованием традиционных и разработкой новых прогрессивных технологических процессов.

Значительная номенклатура полых цилиндрических деталей широко используется в различных отраслях народного хозяйства. При этом выбор технологии их изготовления зависит от механических свойств материала заготовки, размеров, формы и требуемых эксплуатационных характеристик изделий, объёма их выпуска.

Обладая рядом несомненных преимуществ, использование пластического формоизменения полых деталей в холодном состоянии по схемам обратного выдавливания ограничено значительными общими усилиями,деформирования, удельными нагрузками на инструмент и величиной экономически целесообразного объема выпуска.

Наиболее полно использовать преимущества пластического формообразования в холодном состоянии позволяют ротационные процессы с осевым приложением нагрузки: ротационная прошивка и сферодвиж-ная штамповка.

За счёт локализации очага деформации значительно в 5-15 раз снижаются потребные усилия деформирования, что позволяет снизить энерго- и металлоёмкость технологического оборудования и затраты на инструмент, уменьшить себестоимость изделий и величину экономически целесообразного объема выпуска.

В настоящее Бремя разработан ряд схем ротационных процессов, основной вклад в изучение и использование которых внесли работы советских ученых кафедры "Машины и технология обработки металлов давлением" ЛПИ им. М.И.Калинина. Исследования цроцессов сферодвижной штамповки ведут коллективы ВПТИЭлектро (Ленинград), Киевского политехнического института, Ижевского механического института и др.

Между тем вопросы получения полых деталей известными ротационными методами недостаточно изучены, имеют ограничения технологических возможностей, отсутствуют технологические рекомендации и серийно выпускаемое оборудование. Не исследованы цроцессы ротационной прошивки в неприводной матрице, которые позволяют упростить конструкцию оборудования, улучшить условия для механизации и автоматизации цроцесса при изготовлении деталей из штучных заготовок.

В результате на целом ряде заводов страны полые детали изготавливаются на металлорежущем оборудовании, со значительным отходом металла.

Постоянно повышающиеся требования к экономии дорогостоящих металлов и сплавов, снижению энерго- и металлоёмкости технологического оборудования, расширению номенклатуры изделий, получаемых пластическим формоизменением в холодном состоянии, определяют целесообразность и актуальность темы по разработке и исследованию нового прогрессивного процесса ротационной прошивки полых деталей.

Целью настоящей работы является разработка методики расчёта технологических параметров процесса ротационной прошивки полых цилиндрических деталей в неприводной матрице.

Для достижения поставленной цели оказалось необходимым решить следующие задачи:

- создать математическую модель, описывающую напряженно-деформированное состояние при ротационной прошивке в неприводной матрице;

- разработать конструкцию и изготовить опытно-промышленную установку для реализации предлагаемого способа;

- цровести экспериментальные исследования энергосиловых параметров процесса от основных геометрических и кинематических факторов;

- разработать научно обоснованную методику расчёта основных технологических параметров процесса;

- изготовить опытную партию деталей и оценить экономическую эффективность новой технологии.

Диссертационная работа состоит из 6 разделов, в том числе введения и общих выводов.

В первой главе приведён обзор существующих способов изготовления полых деталей и на основе анализа их недостатков показано преимущество способа ротационной прошивки полых деталей в неприводной матрице. Рассмотрение процесса ротационной прошивки, как содержащего элементы обратного выдавливания и продольной прокатки с преимущественным уширением, позволило схематизировать форму инструмента и очага деформации, выбрать методику теоретических и экспериментальных исследований.

В соответствии с целью работы сформулированы основные задачи исследований.

Теоретический анализ напряженно-деформированного состояния и зависимости энергосиловых параметров процесса от основных в геометрических и кинематических факторов сделан двумерной постановке с использованием метода совместного решения приближенных уравнений равновесия и условия пластичности. Определение размеров очага деформации осуществлялось методом баланса мощностей. Окончательные расчёты проведены на ЭВМ ЕС 1022,

Экспериментальные исследования цроводшшсь на специально изготовленной установке, оснащенной тензометрической измерительной аппаратурой. Регистрация выходных сигналов осуществлялась на светолучевом осциллографе Н-П5. Показан характер зависимости силовых параметров от основных геометрических и кинематических факторов. Деформированное состояние заготовки определялось методом сетокси методом замера твёрдости. Определена относительная погрешность полученных результатов. Расховдения между расчётными и эмпирическими зависимостями не превышают 30%,

На основе анализа результатов теоретического и экспериментального исследований создана методика технологических расчётов цроцесса ротационной прошивки полых деталей.

Разработан ряд технологических цроцессов, изготовлены опытные партии деталей и определена экономическая эффективность от использования предлагаемых процессов.

В конце работы приведены общие выводы. Предметом защиты являются: способ и устройство для ротационной прошивки полых деталей в неприводной матрице; методика анализа кинематического и напряженно-деформированного состояния заготовки от основных геометрических и кинематических факторов цроцесса; результаты экспериментального и теоретического анализа энергосиловых параметров процесса; методика оценки погрешности результатов экспериментальных исследований; методика расчёта технологических параметров процессов получения полых деталей в холодном состоянии ротационной прошивкой; результаты внедрения опытной партии в цроизводство с экономическим эффектом свыше 16 тыс. рублей.

Диссертация выполнена на кафедре "Машины и технология обработки металлов давлением Тольяттинского политехнического института под руководством д.т.н., профессора А.К.Григорьева. Неоценимую помощь при выполнении экспериментальной части работы оказал к.т.н., доцент В.П.Пакудин. Автор приносит им глубокую благодарность.

I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ПОСТАНОВКА. ЗАДАЧ И ВЫБОР МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ

9. Результаты работы нашли применение при разработке процессов пластичеокого формоизменения деталей в холодном состоянии на

Волжском автомобильном заводе им.50-летия СССР, Всесоюзном проектно-технологическом институте электротехнической промышленности. Установка для ротационной прошивки внедрена на Тольяттинском оудоремонтно-механичеоком заводе о экономическим эффектом 16 тысяч рублей.

1. Ганаго O.A. Проблемы оптимизации кузнечно-штамповочного производства. - Нузнечнонптамповочное цроизводство, 1981, Jfc 8, с. 3-6.

2. Уик Ч. Обработка металлов без снятия стружки/ Пер. с англ. -М.: Мир, 1965. 548 с.

3. Базык A.C., Головин В.А. О классификации деталей, получаемых холодной объемной штамповкой. Кузнечно-штамповочное цроиз-водство, 1973, № 9, с. 4-9.

4. Холодная объемная штамповка: Справочник/ Под ред. Г.А.Навроцкого. М.: Машиностроение, 1973. - 496 с.

5. Холодное выдавливание стальных деталей: Обзорная информация./- М.: ЦНЙИТЭИтракторосельхозмаш, 1973. 74 с.

6. Бебрис A.A. Точная холодная объемная штамповка. Рига: ЛатИНТИ, 1973. - 54 с.

7. Кузнецов В.П., Ренне И.П., Рогожкин В.Н. Холодное выдавливание полых цилиндрических изделий из малоуглеродистой стали.- Тула: Приокское книжное издательство, 1976. 72 с.

8. Фаворский В.Ё. Холодная штамповка выдавливанием. М.: Машиностроение, 1966. - 160 с.

9. Макина H.A. Холодное выдавливание с активным действием сил трения. ~ М.: ЦНИИТЭИлегпищецром. 1972. 49 с.

10. Северденко В.П., Клубович В.В., Степаненко A.B.»Обработка металлов давлением с ультразвуком. Минск: Наука и техника, 1973. - 286 с.

11. Евдокимов A.K., Калинина С.А., Цыпина М.И. Плоское обратное выдавливание пуансонами сложного профиля. Изв. вузов. Машиностроение, 1973, № 9, с. 155-159.

12. Евдокимов А.К., Климов Е.В., Цыпина М.И. Исследование силовых параметров плоского обратного выдавливания пуансоном с двухклиновой фаской. В кн.: Технология машиностроения. Тула: Тульский политехи, ин-т. 1975, Jfc 38, с, 102-108.

13. Гринфельд Л .А. Исследование формоизменения при закрытой штамповке кольцевых поковок. Кузнечно-шташовочное производство, 1980, » 2, с. 13-15.

14. Контактное трение в процессах обработки металлов давлением/ А.Н.Леванов, В.Л.Колмогоров, С.П.Е»уркин, Б.Р.Картак и др. М.: Металлургия, 1976, 416 с.

15. Sessions T.M.B. Cold forming and extrusion present position and future prospects. „MetaLUr910,1981, N3, p.fKMIS.

16. Баранков О.И. Исследование, разработка и внедрение процессов холодной торцевой раскатки буртов на кольцевых заготовках.: Автореф. дис. . канд. техн.наук. Л., 1978, - 16 с.

17. A.c. № 412969 (СССР). Машина для штамповки металлических заготовок/ Силичев А.Н., Екимов К.К., Бабушкин P.A., Пехота А.Д. Опубл. Б.И., 1974, JЬ 4.

18. Демидович Б.К. Новый вид штамповки с помощью сферодвижного прессователя. В кн.: Технология электротехнического производства. Л., ВПТИэлектро, 1973, » 7, с. 61-66.

19. Агеев H.Q., Бабушкин P.A., Екимов К.К., Пехота А.Д. Штамповка на сферодвижном прессователе. Л., ДДНТП, 1972,с. 37.

20. Батков Г.С. Опыт изготовления электровакуумных приборов на сферодвижном механизме. Пути повышения эффективности хо-лодноштамповочного производства. Л. ДДНТП, 1977, с. 82-88.

21. A.c. 626870 (СССР). Способ сферодвижной штамповки/ Большаков Г.П., Черняев Н.К., Мулин В.П., Морджеевский Г.В. -Опубл. Б.Й., 1978, & 37.

22. Лапин В.В., Баранков О.И., Корж Г.А., Соколов A.B. Определение технологических возможностей процесса ротационной прошивки. В кн.: Исследования в области пластичности и обработки металлов давлением, Тула; Тульск. политехи, институт, 1981, с. 85-90.

23. Богоявленский К.И., Лапин В.В. Станки для холодной торцевой раскатки. М.: МДНШ, 1976, - 48 с.

24. A.c. 673367 (СССР). Способ штамповки с обкатыванием/ Дули-сов В.П., Степанов В.Ф., Плющев Ю.й., Тарасов В.В. Опубл. в Б.И., 1979, & 25.

25. A.c. 3I07I8 (СССР). Способ деформирования заготовки/ Сили-чев А.Н. Опубл. в Б.И., 1971, J6 24.

26. A.c. 562365 (СССР). Способ обратного вылавливания изделий типа стаканов/ Дулисов В.П., Ванин Г.Н., Астраханцев В.Ф. -Опубл. в Б.И., 1977, № 23.

27. Якуничев Е.В. Изготовление црецезионных заготовок ротационной прошивкой. Эксцресс-информация. Организация автомобильного производства, Тольятти: НИИавтопром, 1982, № 20, с.27-31.

28. Ренне И.П., Криштал М.А., Иванова Э.А., Чеховой А.И., Шеста-кова Н.К. Об оцределении удельных усилий при осесимметричной забытой прошивке. Кузнечно-штамповочное производство, 1975, № 5, с. 2-5.

29. Евдокимов A.K. Приближенная оценка деформаций на стационарной стадии осесимметричного обратного выдавливания. В кн.: Исследования в отрасли пластичности и обработки металлов давлением. Тула: Тульск. политехи, институт, 1980, с. 58-61.

30. Небогов С.М. Исследование специальных цроцессов холодного выдавливания матриц: Автореф. дис. . канд.техн.наук. -М., 1981. 16 с.

31. A.c. I03I589 (СССР). Устройство для штамповки металлических изделий/ Григорьев А.К., Сапрыкин И.А., Пакудин В.П., Яку-ничев Е.Б. Опубл. в Б.И., 1983, № 23.

32. Елкин И.М. Разработка, исследование и внедрение холодной раскатки стержневых заготовок: Автореф. дис. . канд.техн. наук. Л., 1981. - 15 с.

33. Томленов А.Д. Теория пластического деформирования металлов.- М.: Металлургия, 1972. 408 с.

34. Шофман Л.А. Основы расчёта процесса штамповки и прессования.- М.: Машгиз, 1961. 340 с.

35. Шевченко К.Н. Основы математических методов в теории обработки металлов давлением. М.: Высшая школа, 1970. - 351 с.

36. Ренне И.П., Иванова Э.А., Бойко Э.А., Филигаров Ю.М. Неравномерность деформации при плоском пластическом течении. -Тула: Издательство Тульск. политехи, института, 1971, ч. I.- 160 с.

37. Качанов Л.М. Основы теории пластичности. М.-Л.: Наука, 1969. - 420 с.

38. В.Бэкофен. Процессы деформации/ Пер. с англ. М. : Металлургия, 1977. 288 с.

39. У.Джонсон, П.Меллор. Теория пластичности для инженеров. -М.: Машиностроение, 1979. 567 с.

40. Томсен Э и др. Механика пластических деформаций при обработке металлов/ Пер« с англ. под ред. Е.П.Унксова. M. : Ma-* шиностроение, 1969. 504 с.

41. Степанский Л.Г. Расчеты цроцессов обработки металлов давлением. М.: Машиностроение, 1979, - 215 с.

42. Р.Хилл. Математическая теория пластичности. М. : ГИТТЛ, 1956. - 407 с.

43. Ильюшин A.A. Пластичность. М.-Л.: ГИТТЛ, 1946. - 376 с.

44. Соколовский В.В. Теория пластичности. М.: Высшая школа, 1969, - 608 с.

45. Малинин И.Н. Прикладная теория пластичности и ползучести.- М.: Машиностроение, 1975. 399 с.

46. Седов Л.И. Механика сплошной среды. М.: Наука, 1973, т. 2.- 584 с.

47. Дель Г.Д. Технологическая механика. М.: Машиностроение, 1978, « 174 с.

48. Ивлев Д.Д., Ершов Л.В. Метод возмущений в теории упруго-пластического тела. М.: Наука, 1978. - 208 с.

49. Тарновский И.Я., Поздеев A.A., Ганаго O.A., Колмогоров В.Л., Трубин В.И., Вайсбурд P.A., Тарновский В.И. Теория обработки металлов давлением. М.: Металлургиздат, 1963. - 672 с.

50. Г.Я. Теоретические основы обработки металлов давлением. (Теория пластичности). М.: Металлургия, 1980. - 456 с.

51. Колмогоров В.Л. Напряжения, деформации, разрушение. -М.: Металлургия, 1970. 229 с.

52. Контактное трение в процессах обработки металлов давлением /А.И.Леванов, В.Л.Колмогоров, С.П.Буркин, Б.Р.Картак, Ю.В.Апшур. М.: Металлургия, 1976. - 416 с.

53. Унксов Е.П. Инженерная теория пластичности. Методы расчёта усилий деформирования. М.: Машгиз, 1959. - 328 с.

54. Унксов Е.П. Методы линеаризации основных уравнений теории пластичности. Кузнечно-штамповочное производство, 1961, № 5, с. 1-3.

55. Унксов Е.П. Выбор метода расчёта технологических цроцессовпри обработке металлов давлением. Кузнечно-штамповочное производство, 1982, № 8, с. 24-26.

56. Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением. М.: Машиностроение, 1977. - 423 с.

57. Чиченев Н.А., Кудрин А.Б., Полухин П.И. Методы исследования цроцессов обработки металлов давлением. М.: Металлургия, 1977. - 311 с.

58. Смирнов-Аляев Г.А., Чикидовский В.П. Экспериментальные исследования в обработке металлов давлением. Л.: Машиностроение, 1972. - 370 с.

59. Дель Г.Д. Определение напряжений в пластической области по распределению твердости. М.: Машиностроение, 1971.- - 200 с.

60. Дель Г.Д., Новиков Н.А. Метод делительных сеток. М.: Машиностроение, 1979, - 144 с.

61. Ренне И.П. Экспериментальные методы исследования пластического формоизменения в цроцессах обработки металлов давлением с помощью делительной сетки. Тула; Тульск. политех, институт, 1970. - 146 с.

62. Чекмарев А.П., Ольдзиевский С.А. Методы исследования процессов црокатки. М.: Металлургия, 1969. - 294 с.

63. Проектирование датчиков для измерения механических величин /Под.ред. Е.П.Осадчего. М.: Машиностроение, 1979. - 480 с.

64. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике /Пер с нем. М.: Наука, 1980. 976 с.

65. Целиков А.И., Гришков А.И. Теория прокатки. М.: Металлургия, 1970. - 358 с.

66. Салтыков В.А. Исследование процесса холодной торцевой раскатки фассонных колец. Дис. . канд.техн.наук. - Л., 1970. - 191.с.

67. Целиков А.И., Никитин Г.С., Рокотян С.Е. Теория продольной прокатки. М.: Металлургия, 1980. - 320 с.

68. Пшенишнюк A.C., Кривда JI.T. Определение среднего удельного усилия при осадке обкатыванием. Изв. Вузов, Машиностроение, 1963, № 8, с. II6-I2I.

69. Овчинников А.Г. Основы теории штамповки выдавливанием на прессах. М.: Машиностроение, 1983. - 200 с.

70. Воронцов А.Л. Напряженное состояние заготовки при обратном выдавливании анизотропного материала. Изв. вузов. Машиностроение, 1980, № 12, с. I07-III.

71. Прочность. Устойчивость. Колебания. Сцравочник/ Под ред. И.А.Биргера, Я.Г.Пановко. т. I М.: Машиностроение, 1968,- 831 с.

72. Писаренко Г.С., Яковлев А.П., Матвеев В.В. Сцравочник по сопротивлению материалов. Киев: Наукова думка, 1975.- 704 с.

73. Налимов В.В., Чернова H.A. Статистические методы плашфова-ния экстремальных экспериментов. М.: Наука, 1965.- 340 с.

74. Тензометрия в машиностроении: Справочное пособие/ Под ред. Р.А.Макарова. М.: Машиностроение, 1975, - 288 с.

75. Проектирование механических передач/ Чернавский С.А., Ицко-вич Г.М., Киселев В.А., Боков К.Н. ,и др. М.: Машиностроение, 1967. - 800 с.

76. Цыпина М.И., Иванова Э.А. Об использовании метода микротвердости для определения нацряженно-деформированного состояния. В кн.: Исследования в области пластичности и обработки металлов давлением. - Тула; 1978, с. 77-81.

77. Кузнецов В.П. Холодное выдавливание полых цилиндрических изделий. Кузнечно-штамповочное производство, 1968, № 9, с. 14-17.

78. Фельдман Г.Д. Холодное выдавливание стальных деталей/ Пер. с нем. М.: Машиностроение, 1963, - 188 с.

79. Механические свойства сталей и сплавов цри пластическом деформировании: Справочник/ Под ред. А.В.Третьякова, Г.К.Трофимова, М.К.Гурьяновой. М.:Машиностроение, 1971. - 64 с.

80. Зажигаев Л.С., Кишьян A.A., Романиков Ю.И. Методы планирования и обработки результатов физического эксперимента.-М.: Атомиздат, 1978. 231 с.

81. Заидель А.К. Ошибки измерения физических величин. Л.: Наука, 1974. - 108 с.

82. Деленко Л.Г., Керденцев В.В. Математическая обработка и оформление результатов эксперимента. М.: Издательство М1У,1977. 112 с.

83. Попазов М.Г., Могильный С.Г. Теория ошибок и способ наименьших квадратов. М.: Недра, 1968. - 363 с.

84. Григорович В.К. Твердость и микротвердость металлов. М.: Наука, 1976. - 230 с.

85. Полухин П.Н., Гун Г.Я., Галкин А.М. Соцротивление пластической деформации металлов и сплавов/ Справочник. М.: Металлургия, 1976. 448 с.

86. Исследование процесса ротационной прошивки цилиндрическим валком / Якуничев Е.В. В кн.: Исследования в области пластичности и обработки металлов давлением. Тула; Тульский политехи, ин-т, 1983, с. 38-42.

87. Расчёты экономической эффективности новой технологии/

88. Под ред. К.М.Великанова. Л.: Машиностроение, 1975, - 430с.

89. Великанов K.M. Определение экономической эффективности вариантов механической обработки деталей. Л.: Машиностроение, 1970. ~ 239 с.

90. Сапрыкин И.А., Атрощенко А.П., Альперович Г.Б., Сдобин В.А. Полугорячее выдавливание и сферодвижная штамповка деталей электроаппаратуры. Кузнечно-штамповочное производство, 1983, » 9, с. 12-14.

91. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя, т. 2- М.: Машиностроение, 1980. 560 с.