автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Разработка и внедрене штампов на основе композиционных материалов для разделительных операций листовой штамповки

Открытое акционерное общество "Центральный научно - исследовательский технологический институт"

На правах рукописи Для служебного пользования.

Экз.№

Семенова Ольга Павловна

"Разработка и внедрение штампов на основе композиционных материалов для разделительных операций листовой штамповки".

Специальности: 05.02.08. - Технология машиностроения

05.03.05. - Процессы и машины обработки давлением

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1998 г.

Работа выполнена на Савеловском опытном заводе "Эконт" и Харьковском научно - исследовательском институте технологии машиностроения.

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор Мовшович А.Я.

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Капустин Н.М. - кандидат технических наук, доцент Позднеев Б.М.

Ведущее предприятие - НИТИ „ ПРОГРе&С "

/5 сентября 1998 г. в ч

Защита диссертации состоится 1 О сентября 1998 г. в часов на заседании Специализированного Совета_при Открытом акционерном обществе

"Центральный научно - исследовательский технологический институт" по адресу,

Ваш отзыв на автореферат, заверенный печатью, просим направить по указанному адресу.

Автореферат разослан_августа 1998 г.

Ученый секретарь Специализированного совет

к. т. н.

Пастунов В.А.

Общая характеристика работы

Актуальность темы

Непрерывное повышение требований, предъявляемых к рабочим параметрам изделий, конструктивное изменение форм деталей при одновременном ускорении темпов освоения производства новых, более совершенных конструкций изделий приводит к росту объемов работы и затрат на технологическую подготовку их проа-водства.

В условиях перехода к рыночным методам хозяйствования рост объемов пр-изводства в значительной мере должен быть достигнут за счет повышения производительности труда при минимальных материальных затратах на производство пр-дукции и обеспечении ее высокого качества.

Эффектным средством увеличения производительности труда и повышения фондоотдачи технологического оборудования является резкое повышение оснащенности и расширение возможностей действующего оборудования за счет прига-нения прогрессивных конструкций штамповой оснастки.

Проведенный анализ показал, что доля затрат на изготовление оснастки для листоштамповочного производства составляет 34,5% в общем балансе затрат на технологическую подготовку производства изделий отрасли и лишь немного уступает затратам на изготовление оснастки для механосборочного производства.

Значительное уменьшение трудоемкости изготовления, металлоемкости и стоимости штамповой оснастки тесно связано с применением при их конструировании и изготовлении новых материалов, в частности пластических масс и композитов.

Следует отметить, что попытки создания и применения штампов на основе композиционных материалов были и раньше и ограничивались, как правило, штя-пами для формоизменяющих операций в условиях единичного и мелкосерийного производств.

Практически отсутствуют исследования возможности создания штампов совмещенного и последовательного действия, в том числе переналаживаемых, для разделительных операций листовой штамповки на основе композиционных маш-риалов, их жесткости, прочности, работоспособности в условиях серийного и односерийного производств.

Вместе с тем, опыт показывает, что трудоемкость и металлоемкость таких штампов по сравнению с инструментальными штампами обычного типа снижается в

3 - 5 раз, значительно уменьшаются затраты на работы по ремонту и восстановле нию их в процессе эксплуатации.

Цель работы - создание новых видов штамповой оснастки на основе компоа-ционных материалов, исследование прочности и жесткости, разработка констру-торско - технологических основ их рационального построения.

Для достижения данной цели в работе поставлены и решены следующие а-

дачи:

- теоретически и экспериментально исследована жесткость и прочность основны: конструктивных элементов штампов совмещенного и последовательного действм на основе композиционных материалов;

- разработана технология и методология сборки переналаживаемых штампов и: композитов, обеспечивающая высокую точность рабочих элементов конструкции I возможность переналадки;

- исследованы механические характеристики применяемых композиционных мав-риалов и пластических масс;

- разработана математическая модель силового взаимодействия основных ка-структивных элементов штампов для разделительных операций;

- определена экономическая эффективность и область применения переналажи ваемых штампов из композиционных материалов.

Методы исследования. Поставленные в работе задачи решались с примене нием следующих методов.

Исследование напряженно - деформированного состояния конструктивны) элементов из композиционных материалов выполнено с применением вариационно го метода конечных элементов.

Экспериментальные исследования проводились с применением статическое и динамического тензометрирования, спекл - голографической интерферометри как в лабораториях, так и производственных условиях.

Анализ работоспособности штамповой оснастки на основе композиционны: материалов осуществлялся путем непрерывного наблюдения за работой большой числа штампов в течение фиксированного промежутка времени, соответствующег продолжительности их эксплуатации в условиях серийного производства с раг-страцией возникающих отказов и последующей обработкой полученной инфорга-ции на ЭВМ.

Научная новизна работы Разработана математическая модель силового взаимодействия базовых деталей штампов. Научно обоснованы условия силового на-гружения, опирания и закрепления штампов на столах прессов.

В результате теоретических и экспериментальных исследований напряженно - деформированного состояния основных элементов конструкции определена об-пень влияния геометрических параметров на жесткость и прочность, разработаны аналитические зависимости для их расчета.

Практическая ценность работы заключается:

-в разработке методики и технологии сборки переналаживаемых штампов совмещенного и последовательного действия на основе композиционных материалов;

- в разработке рекомендаций по выбору материала для изготовления деталей конструктивного назначения, назначении классов шероховатости рабочих поверхностей сопрягаемых деталей и точности изготовления;

- в определении области технико - экономического применения штампов на основе композиционных материалов для выполнения разделительных операций листовой штамповки.

Реализация работы. Результаты работы внедрены в производство на Савеловском опытном заводе "ЭКОНТ", Калязинском филиале Московского авиационного производственного объединения "Мир", опытно - экспериментального производства ХНИИТМ, научно - производственном объединении ФЭД с общим экономическим эффектом 2,04 млн. руб. в ценах на 01.05.98 г.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы доложены, 6-суждены и одобрены на международной научно - технической конференции "Критические технологии, автоматизация проектирования и производство изделий в машиностроении" (Харьков - Алушта, 1997), международной научно - технической конференции "Надежность режущего инструмента и оптимизация технологических систем" (Краматорск, 1997), международном научно - техническом семинаре "Высокие технологии в машиностроении: тенденции развития, менеджемент, маркетинг" (Алушта, 1997), а также на трех отраслевых семинарах.

Публикации. Основное содержание диссертации достаточно полно опубликовано в 7 статьях, а новизна и практическая ценность конструкторских разработок защищена патентом.

Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы, актов внедрения. Работа изложена на 209

страницах машинописного текста, содержит 57 рисунков, 14 таблиц, список литер-туры из 149 наименований.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность проведения работы, дана ее общая характеристика и направленность.

В первой главе изложен анализ современного состояния вопроса. Наиболее весомый вклад в развитие конструкторско - технологических основ создания штн-повой оснастки, в том числе и с применением композиционных материалов, внесль ученые и инженеры: В.П.Романовский, В.Т.Мещерин, Е.И.Исаченков, В.Г.Шевелев, Ф.П. Михаленко, А.А.Штурман, А.Я.Мовшович, Ф.Я. Мосин, Н.Д. Жолткевич, Л.С.Куклев.

Анализ опубликованных работ показывает, что большинство рекомендаций пс применению композиционных материалов для изготовления базовых частей шти-пов не подкреплено серьезными экспериментальными исследованиями. Полностьк отсутствуют исследования и практические рекомендации по прочности и жесткост! базовых плит из композиционных материалов штампов для разделительных опер-ций листовой штамповки. Анализ литературных источников по вопросу расчет; пластмассовых блоков из композиционных материалов для пуансонодержателей матрицедержателей и съемников показал, что в инженерной интерпретации с уе-том граничных условий их закрепления и опирания рассматриваемая задача ж имеет решения.

Отсутствуют методологические рекомендации и технология сборки штамло! совмещенного и последовательного действия на основе композиционных матера-лов.

Во второй главе изложены конструкторско - технологические основы создания штампов для разделительных операций листовой штамповки на основе композици онных материалов.

Анализ конструкторской документации и экспериментальные исследовани? показали, что наиболее подходящим материалом для изготовления основных дев-лей конструктивного назначения (базовых плит съемников, пуансоно и матрицедр-жателей и др.) является стеклотекстолит. Механические свойства стеклотекстолит, получены в результате проведения механических испытаний образцов, изготовлв-ных по ОСТ 92-1470-78 и по основным показателям в 2 - 6 раз превышают физико механические характеристики эпоксипластов и АСТ-Т.

На рис.1 показан переналаживаемый штамп последовательного действия на основе композитов для изготовления детали типа "петля", а в таблице 1 даны рекомендации по применению композиционных материалов для изготовления констру-тивных элементов различных разновидностей штампов.

Рис. 1

Таблица 1

Разновидности штампов Элементы конструкций из пластических материалов Технологическое усилие штамповки, кН Рекомендуемые пластические материалы

Вырубные штампы совмещенного и последовательного действия Базовые плиты, держатели, съемники до 600 АСТ-Т, стеклотекстолит, блоки АСТ-Т

Базовые плиты, держатели, съемники от 600 до 1000 кН Стеклотекстолит

Вырубные и пробивные простого действия Базовые плиты, держатели, съемники до 1000 кН АСТ-Т, стеклотекстолит, блоки АСТ-Т

Базовые плиты, держатели, съемники от 1000 кН до 1600 кН Стеклотекстолит

Все разновидности разделительных штампов Крепление матриц, пуансонов, пуансон-матриц,вставок от 600 до 1600 кН АСТ-Т, стиракрил, ЭД-5.ЭД-6

Крепление направляющих колонок, втулок ЭД-5, ЭД-6

При этом принималось во внимание требуемая точность конструктивных элементов, физико - механические свойства пластических материалов, особенности технологии сборки.

При назначении класса шероховатости сопрягаемых поверхностей учитывались следующие факторы:

- взаимосвязь шероховатости поверхности и точности обработки;

- обеспечение требуемой точности измерения.

С учетом того, что точность изготовления поверхностей сопрягаемых элема-тов соответствует Н11 - Н13 квалитетам шероховатость сопрягаемых поверхностей деталей штампов составляет Ra 1,25 - Ra 0,63. Отклонения от параллельности и перпендикулярности базовых поверхностей допускаются до 0,015 - 0,018 мм на длине 100 мм.

Неперпендикулярность направляющих колонок и втулок относительно рабочих поверхностей базовых плит не должна превышать 0,035 мм на длине 100 мм.

При проектировании штампов рекомендуется диаметр направляющих колонок выбирать из условия dk > 0,8 h, где h - толщина нижней плиты.

Экспериментально установлено, что минимальная длина посадочной части направляющих колонок dk , при которой обеспечивается их надежное закрепление, составляет (0,7 -1,2) dk.

Особенность технологии сборки штампов на основе композиционных мае-риалов заключается в том, что при изготовлении базовых плит, съемников, держа вок из стеклотекстолита места для установки крепежных и фиксирующих элементоЕ необходимо армировать металлическими вставками.

При изготовлении базовых плит и держателей из пластмассы АСТ-Т, произво дится армирование деталей по контурам объемным металлическим каркасом и: проволоки d = 3 - 5 мм.

Закрепление металлических вставок в базовых плитах и других констру-тивных элементах осуществляется при помощи эпоксидных компаундов ЭД - 5, ЭД-6.

В работе приведена технология сборки штампов на основе композиционных материалов для разделительных операций. При этом штампы с базовыми плитамк на основе пластмассы АСТ-Т рекомендуется применять при работе на прессах усилием 5 ... 40 кН, а на основе стеклотекстолита - при работе на прессах усилием 63 250 кН.

Глава три посвящена теоретическому исследованию жесткости и прочности основных конструктивных элементов штампов из композиционных материалов.

Исследование основано на построении математической модели проектиру-мого объекта. В состав математической модели силового взаимодействия в общем случае входят: система разрешающих дифференциальных уравнений, система нагрузок и система соответствующих граничных условий. В общем виде математ-ческую модель силового взаимодействия сопряженных деталей штампа можно представить в виде:

Р{а,г,и) = О(х,0

при РДет )|Г1 = ф1(хД), Р2(10 |Г2=<р2(х,0,

РзИгз=Фз где

Р - линейный дифференциальный оператор теории упругости;

О - вектор нагрузок;

П - часть поверхности с силовыми граничными условиями;

Гг - часть поверхности с силовыми граничными условиями;

Г3 - часть поверхности контактного взаимодействия.

Для механики упругих тел, к которым могут быть отнесены штампы на основе композиционных материалов, линейным дифференциальным оператором являются уравнения Ламе:

бх аг

Л!/ Ч/ №

(Х + ц)—.ду + у-р—= 0

*м/ ^ п

(X + (х)— + 1хА\А/ + 1-р—5— = О дг а?2

где II,\/,\Л/ - перемещение точек исследуемого объекта;

ди дУ д]Л/ е = -т— + -г— + —— - относительное изменение объема; дх ду дг

. а2 а2 а2

Л - —5- + —-у + т-5- - оператор Лапласа; дх ду дг

дги а2у а21У

- составляющие ускорения;

Р - плотность;

- составляющие объемной силы Е

(1 + у)(1-2У) Е

постоянная Ламе;

I1 ~ 6-2(1+у) - м0ДУльсдвига;

Е - модуль упругости;

V - коэффициент Пуассона.

В существующих типах и разновидностях штампов холодной листовой штн-повки базовые плиты являются основными элементами, на которые монтируются все остальные узлы и детали конструктивного и технологического назначения. Это е полной мере относится и к переналаживаемым штампам на основе композиционных материалов, которые представляют собой плиты средней толщины, состоящие из сплошного вещества (матрицы), обладающего пластическими свойствами и волокон (нитей, кристаллов), выполняющих роль арматуры.

Композиционные базовые плиты, относятся к классу тонких пластин и могут быть описаны дифференциальным уравнением вида:

дх4 дхгду ду*

где \Л/ - прогиб плиты;

Я - действующая нагрузка;

= ?2(1-' цилиндрическая жесткость пластины толщиной И.

Исследование напряженно деформированного состояния базовых плит из композиционных материалов по разработанной математической модели проводилось методом конечных элементов, предусматривающим подход, основанный на рассмотрении элементов конечных размеров. Основными особенностями данного метода для инженерных расчетов базовых плит является разбивка оригинальны* неклассических областей на конечные элементы, специфическое распределение действующих нагрузок при их дискретном задании, а также введение в программу е наиболее рациональном виде граничных условий, обеспечивающих наиболее пя-ный учет условий эксплуатации штампов.

При определении зависимости прочности и жесткости плит от их геометрив-ских параметров рассматривался наиболее тяжелый случай нагружения сосредош-ченной силой в центральной точке плиты. Плита устанавливалась на подштамповую плиту пресса над провальным отверстием и закреплялась двумя прихватами по оси симметрии.

Учет нормальных напряжений в направлении перпендикулярном срединной поверхности плиты в местах приложения нагрузки производится по формуле:

1 2 ,

ст , = — т +—г 2 2 2/7

где т=-(Ч+<).

т - интенсивность поперечного сжатия;

? - нормальная равнодействующая сил, приложенных к лицевым по верхностям плит; - распределенные нагрузки на верхней и нижней поверхностях плит.

Касательные напряжения на площадках, перпендикулярных оси, определялись по формулам:

(/7 2 - 22)Е

2(1-V2) ф2-г2)Е

д3\л/ а3уи +

дх дх ду

е31У д3)Л/ +

ду3 дх'ду

2(^-v2)

Полученные в процессе численных исследований значения деформаций и напряжений позволили получить полную картину напряженно - деформированного состояния плит из композиционных материалов.

Для изучения влияния толщины плиты на ее напряженно - деформированное состояние рассматривли ряд плит толщиной (1 = 15, 30, 45, 60, 75, 90 мм при прочих фиксированных параметрах и величине усилия штамповки Р = 300 кН.

Полученные в процессе исследований значения перемещений и напряжений позволили установить зависимость максимальных прогибов \/\1 и эквивалентных напряжению сэ от относительной толщины плит^д (толщины к ширине) при различных усилиях штамповки (Рис.2).

I

о о

п>

о

SI -I

о £

ь

s

ZJ

5

N5 СО ш ш s о s 5 о о ч

О"

а

о> о ш

s

s

ш ш s а>

X -1 X

tr X I

ш

Z1

"а

£ п>

,МПа

0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 ь/д

0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 ь/д

Однако на практике усилия штамповки распределяются по площади контакта плиты с матрицей, пуансоно и матрицедержателем и т.д. При этом, как показали расчеты, в этих случаях значения максимальных напряжений по сравнению с вар-антом сосредоточенной нагрузки уменьшаются в 3,5 - 4 раза.

Таким образом, полученные зависимости гарантируют для всех возможных вариантов нагружения существенный запас прочности и позволяют по значениям допускаемых напряжений или прогибов получать значения толщин плит из компои-ционных материалов.

Четвертая глава посвящена экспериментально - аналитическому исследованию наиболее нагруженных деталей из композиционных материалов, определению их работоспособности в условиях квазистатического нагружения на гидравлическом прессе П-125.

Для подтверждения правомерности принятых допущений в теоретических выводах напряженно - деформированное состояние базовых плит экспериментально исследовалось на натурной конструкции с применением метода статического тено-метрирования. В качестве тензорезисторов использовались малогабаритные фольговые датчики типа ФКРА -1 - 2, позволяющие фиксировать деформацию одновр-менно в двух перпендикулярных направлениях. Показатели датчиков регистрировались тензометрической измерительной системой СИИТ-3. В качестве силового оборудования использовался гидравлический пресс П-125.

Экспериментальные исследования НДС плит из композиционных материалов проводились для наиболее тяжелого случая нагружения, а именно центрального приложения нагрузки.

Установлено, что при креплении плит в четырех точках по углам, наибольшие прогибы возникают в центре плит. Консольные незакрепленные зоны, лежащие на главных осях, имеют прогибы противоположного знака. При этом отклонение набольшего контурного прогиба к центральному составляет 24%. Аналогичные деформации получают плиты, закрепленные в четырех углах по главным осям, но в данном случае большие вертикальные перемещения получают незакрепленные у-лы плит и отношение контурных прогибов к центральным повышается более чем в два раза. В более тяжелых условиях работают плиты при креплении в двух точках по одной из главных осей. В этом случае максимальный прогиб плиты наблюдался в угловой зоне у направляющей колонки и составляет \Л/ = 0,04 мм. В угловой зоне без

направляющей колонки \Л/ = 0,01 мм, что хорошо согласуется с теоретическими р-зультатами.

Зафиксированные в процессе экспериментов значения напряжений по иссле дуемой поверхности плиты не превосходили допустимые, что подтверждает доса-точную прочность композиционных плит. Анализ картины деформированного сс стояния базовых плит позволил установить оптимальные места расположения н; правляющих колонок и втулок.

В процессе экспериментальных исследований нами изучалась прочность устойчивость пуансонов относительно большой длины.

Критическая величина Окр, при которой происходит потеря устойчивости пу ансона длиной I. определяется из дифференциального уравнения изогнутой оси.

б2 т

{Еи—г)+а—т = о (1)

дг2 У с/г2' 6тг

где 11(г) - прогиб пуансона

Е^г) - изгибная жесткость пуансона. Для пуансонов постоянного поперечного сечения решение уравнения ( 1 приводит к следующей формуле для Окр.

О ^

"Р /../42

(2)

МУ

где ц - коэффициент длины пуансона.

На практике в большинстве случаев пуансоны изготавливают ступенчатым! Для оценки устойчивости пуансонов переменного поперечного сечения достаточн эффективной является энергетическая теория Рэлея.

По результатам выполненных численных экспериментов установлено, чт доминирующим в вырубных пуансонах является осевое напряжение ст2, достигающее своего максимума в зоне режущей кромки

Фгтах = СУср ,

где кг= 1,85 - 1,95 - расчетный коэффициент

Максимальные значения эквивалентных напряжений в пуансонах, вычисле!-ные по энергетической теории, также достигаются в зоне режущей кромки

СТЭ тах кэ СГСр (

где коэффициент кэ = 1,3 -1,5

При удалении от режущей кромки на расстояние более 0,5 с1 напряженно -деформированное состояние практически совпадает с напряженно - деформированным состоянием пуансона, нагруженного по торцу равномерно распределенным давлением.

Анализ расчетов на прочность и устойчивость пуансонов переменного сев-ния позволил установить условие их устойчивости:

}(П2<*у

64/«У2 '¡т-Цу)] ■

1 Ч-Г)

где с)0, с^ - диаметры корневого и концевого сечений пуансонов.

При проведении экспериментальных исследований напряженно - деформированного состояния несущих элементов переналаживаемых штампов на основе к«м-позиционных материалов использовались методы голографической интерферомз-рии и спекп - голографической интерферометрии.

В экспериментах использовались опытные образцы базовых плит, прошедших экспериментальные испытания на работоспособность, а также образцы пуансонов для вырубки - пробивки, изготовленные из стали Х12М, термообработанные до твердости НР?С 56-62 с модулем упругости Е = 2,1 1(5 МПа. Нагружения производилось непосредственно на столе СИН.

Анализ голографических интерферограмм процесса деформирования нижней базовой плиты, длинных пуансонов и полученных картин распределения перемещений показал их хорошую сходимость с результатами теоретических расчетов.

Закрепление рабочих элементов штампов совмещенного и последовательного действия композициями на основе пластмасс акрилового класса определяет га-струкцию и обеспечивает ряд технико - экономических преимуществ по сравнению с другими видами штампов. Однако технологические возможности этого способа крепления мало исследованы.

С целью определения прочности и эксплуатационных параметров пластма:-совых держателей с металлическими армированием нами было проведено экспериментальное исследование.

Конструкция, технология изготовления и способ закрепления держателя определяют его расчетную схему. Предполагается, что адгезия пластмассы обеспечивает жесткое закрепление по боковой конической поверхности, а ее сопряжение с

пуансоном препятствует перемещению точек внутренней цилиндрической повер-ности относительно абсолютно твердого пуансона.

В данных исследованиях изучалось влияние толщины армированного пуансо нодержателя и объема заливаемой пластмассы на его жесткость и прочность.

В результате комплексного исследования прочностных характеристик пласт массовых пуансонодержателей установлено:

- армирование пластмассовых держателей объемным металлическим карка сом увеличивает их прочность и жесткость, а также компенсирует усадэ-ные явления при полимеризации пластмассовой композиции, абсолютна! величина напряжения в данном случае уменьшается в 1,5 - 2,0 раза;

- с увеличением толщины пластмассового держателя возрастает и его несу щая способность. Оптимальной величиной для рассматриваемых констру-ций является толщина 20 - 25 мм (рис.3,г,д,е);

- объем заливаемой пластмассы оказывает существенное влияние на на пряженное состояние и несущую способность держателя. Необходимс стремиться к тому, чтобы объем заливаемой части пуансонов занимал н менее 30% общего объема корпуса пуансонодержателя (рис. 3,а,б,в).

Пятая глава посвящена технико - экономической эффективности использова ния штампов для разделительных операций листовой штамповки на основе комле зиционных материалов, и результатам их внедрения.

Технико - экономические показатели применения штампов для разделитель ных операций на основе композиционных материалов определяются следующим! факторами:

- сокращением трудоемкости и цикла их изготовления;

- увеличением длительности срока их эксплуатации;

- снижением металлоемкости и повышением универсальности;

- снижением стоимости штампов.

Проведенный технико - экономический анализ применения данного вида

оснастки на Савеловском опытном заводе "ЭКОНТ", научно - производственном объединении ФЭД, ГП "Завод им. Малышева" показал, что внедрение штампов, совмещенного и последовательного действия на основе композиционных материалов для разделительных операций листовой штамповки позволило: уменьшить металлоемкость на 80 - 86%, снизить трудоемкость изготовления на 40 - 80%, сократить

40 а,мм

ст,,МПа 240 180 120 60 0

д

\\ 10«Н

7,5кН 5сН 2.5кН Г

!

<

10 20 30 40 с,мм

СТ^МПа 90 60 30

\

\\

ШкН < 7.5 кН 5кН !-- 2.5кН

_/

10 20 30 40 а,мм

сцМПа 80 60 40 20 0

\ 10кН 7.5кН

\\ 5.Н г 2,5кН /

\ /

— I /

I

20 30 40 с,мм

СГ»МПа

40 а,мм

ст,МПа 240 180 120 60 О

\

XV

\Ч 7,5кН 2,5«Н /

х \ /

10 20 30 40 с,мм

в е

Рис. 3 Зависимость напряженного состояния пуансонодержателя от объема заливаемой пластмассы и его толщины; а,б,в - зависимость радиальных тангенциальных и эквивалентных напряжений от заливаемого объема пластмассы; г,д,е -зависимость радиальных тангенциальных и эквивалентных напряжений от толщины пуансонодержателя.

цикл изготовления штамповой оснастки по сравнению с цельнометаллив-скими в 1,4 -1,6 раза.

Расчеты показали, что нижняя граница целесообразного применения данногс вида штамповой оснастки находится в пределах 400 - 600 дет./год, а верхний пр-дел колеблется от 1500 до 40 000 дет./год. Результаты диссертационной работь внедрены в производство на пяти предприятиях, в. т.ч. на Савеловском опытног, заводе "ЭКОНТ", филиале Московского авиационного производственного объедине ния "МИГ", научно - производственном объединении ФЭД и др., что позволило:

- снизить трудоемкость изготовления штамповой оснастки на 50 тыс. н/часов;

- сэкономить 28,0 т. стали;

- сократить цикл изготовления штамповой оснастки в 1,5 раза.

Годовой экономический эффект от внедрения составил 2,04 млн. руб. в цена: на 01.05. 98 г.

Основные выводы

Результаты теоретических и экспериментальных исследований диссертаци! позволили сформулировать следующие основные выводы.

1. На основании анализа существующих видов штамповой оснастки разрабо таны и изготовлены штампы из композиционных материалов (КМ) для вы полнения разделительных операций листовой штамповки, позволивши! провести комплексное исследование их жесткости, прочности и экономл-ческой эффективности в лабораторных и производственных условиях.

2. Основными принципами конструирования штампов для разделительны: операций из КМ является достижение максимальной жесткости и прочносп конструкции при минимальной их металлоемкости и трудоемкости изготв-ления в зависимости от условий их эксплуатации, режимов нагружения геометрических размеров.

3. Предложены рекомендации по выбору материалов, установлены нормь точности и классы шероховатости поверхностей элементов конструкциу позволяющие производить их сборку без последующей слесарно - механи ческой обработки.

4. Разработана методика и структурная схема сборки штампов из КМ для ра-делительных операций листовой штамповки совмещенного, последова тельного и комбинированного действия.

5. Принципиальной особенностью разработанных конструкций является применение композиционных материалов для изготовления основных деталей конструктивного назначения, а также для закрепления и направления рабочих элементов, направляющих колонок и втулок.

6. Применение современных методов исследования позволило определить основные нагрузки на нижние базовые плиты, разработать математическую модель их силового взаимодействия, получить расчетные схемы, учиш-вающие все основные эксплуатационные и технологические усилия.

7. Методом конечных элементов определена степень влияния конструктивных параметров на жесткость и прочность базовых плит, рассчитаны их наиболее рациональные геометрические параметры.

8. Аналитически проведен комплекс расчетов на устойчивость длинных пуа-сонов, определены и сформулированы условия их статической и усталостной прочности.

9. Разработана методика исследования процессов упругого деформирования конструктивных элементов штампов из КМ с использованием топографической интерферометрии при выполнении разделительных операций листовой штамповки.

10. Методом голографической и спеклинтерферометрии проведены эксперт-ментальные исследования напряженно - деформированного состояния базовых плит и длинных пуансонов, получены картины распределения перемещений, которые хорошо согласуются с результатами теоретических исследований.

11. Разработана методика расчета полей напряжений и перемещений пластмассовых держателей, получены соответствующие зависимости для опр-деления радиальных, тангенциальных и эквивалентных напряжений от толщины держателей и объема заливаемой пластмассы.

12. Применение метода динамического тензометрирования в процессе производственных испытаний позволило получить реальные картины напряженного состояния, возникающего в конструктивных элементах штампов из КМ, сравнить полученные результаты с данными теоретических и-следований. Установлено, что данные экспериментальных и теоретических исследований хорошо корреспондируются между собой, а погрешность не превышает 8-12%.

13.Экономическая эффективность от применения штампов для разделитель ных операций листовой штамповки из КМ достигается за счет снижени трудоемкости изготовления основных деталей конструктивного назначения снижения металлоемкости штамповой оснастки, повышения универсаль ности конструкции и сокращения сроков технологической подготовки пров-водства изделий.

14. Разработанные конструкции штамповой оснастки внедрены в произвя-ство на Государственном предприятии "Завод имени Малышева" (г. Жарков), Савеловском машиностроительном заводе (г. Кимры), опытном экспе риментальном производстве ХНИИТМ. Годовой экономический эффект о внедрения составил 2,04 млн.руб. в ценах на 1.05.98г.

Основные положения диссертации отражены в следующих публикациях.

1. Семенова О.П. "Экспериментальное исследование жесткости базовых пли из композиционных материалов". Сб. статей по материалам 4й международной на учно - методической конференции "Критические технологии, автоматизация прое-тирования и производство изделий в машиностроении". Алушта, 1997 г., стр. 103 107

2. Семенова О.П. "Экспериментальное исследование прочности и жесткост несущих элементов штампов из композиционных материалов методом спекг голографической интерферометрии", ж. Механика и машиностроение ХГПУ № 1998 г., стр. 73-78

3. Семенова О.П., Мовшович А.Я., Горницкий А.Я. " Экспериментальное в-следование прочности и жесткости базовых плит штампов из композиционных маг-риалов". ж. Кузнечно - штамповочное производство № 6 , 1997 г., стр. 7-9

4. Мовшович А.Я., Семенова О.П., Горницкий А.Я. "Особенности конструир-вания и сборки штампов из композиционных материалов для разделительных оп( раций листовой штамповки", ж. Кузнечно - штамповочное производство № 6, 1997 г стр. 24 - 27

5. Мовшович А.Я., Кузнецова Л.Г., Семенова О.П. "Прочность и жесткость пл1/ штамповых блоков из композиционных материалов", ж. Кузнечно - штамповочнс производство № 12, 1996 г., стр. 2-4

6. Семенова О.П., Мовшович А.Я., Горницкий А.Я. " Штампы из композицие-ных материалов для разделительных операций листовой штамповки", ж. Кузнечно -штамповочное производство" № 12, 1996 г., стр. 10 -12.

7. Буденный М.М., Мовшович А.Я., Семенова О.П. " Повышение износости-кости формообразующих элементов штампов путем использования упрочняющих покрытий". Научно - технический сборник" Надежность режущего инструмента и о-тимизация технологических систем". Краматорск, 1997 г. стр. 100 - 106.

8. Емельянов В.В., Овсянников М.В., Семенова О.П. "Метод согласования р-боты сборочных заготовительных подразделений машиностроительного предпри-тия" // Вопросы специального машиностроения. Серия V. Вып. 3 М. : ЦНИИНТИ, 1983, с. 7-11.

9. Патент №2095235 "Переносной гидравлический режущий инструмент".