автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Исследование пластического течения металла при горячей штамповке удлиненных тонких поковок и разработка оптимальной технологии их изготовления

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ СТАЛИ И СПЛАВОВ

На правах рукописи

АБУГУ ГОДВИН ИКЕЧУКВУ

ИССЛЕДОВАНИЕ ПЛАСТИЧЕСКОГО ТЕЧЕНИЯ МЕТАЛЛА ПРИ ГОРЯЧЕЙ ШТАМПОВКЕ УДЛИНЕННЫХ тонких поковок И РАЗРАБОТКА ОПТИМАЛЬНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

Специальность 05.16.05 — «Обработка металлов давлением»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1992

Работа выполнена на кафедре «Обработка металлов давлением» Московского института стали и сплавов.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор ТЮРИН В. А.

Официальные оппоненты: заслуженный изобретатель РФ, доктор технических наук, профессор СОЛОВЦОВ С. С. кандидат технических наук, ЭКАРЕВ М. С.

в час. мин. на заседании специализированного совета К 053.08.02 по присуждению ученых степеней в области обработки металлов давлением в Московском институте стали и сплавов по адресу: 117936, г. Москва, ГСП-1, Ленинский проспект, д. 4, ауд. 436.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского института стали и сплавов.

Автореферат разослан » 1992 г.

Справки по телефону: 236-99-50.

Ведущее предприятие: ПО «Ижорский завод»

Защита диссертации состоится

1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета профессор

Н. А. ЧИЧЕНЕВ

Российская

W^'^&f'HAa ~ fg^Tp-j - —

»

- 3 -

ОНДАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕШ: Из всей номенклатуры штампуемых поковок значительную часть составляют поковки удлиненной формы с резкой разницей в площадях поперечных сечений по длине. Особое место в этой группе занимают поковки, для которых характерно наличие *tKK»r* лезвийного участка в качестве основного (рабочего) участка (ножи, ножницы, хирургические инструменты и т.п.). Потребность в этих изделиях исчисляется миллионами тук в год.

Систематизированных рекомендаций, направленных на разработку рациональных технологических процессов изготовления таких деталей мало, и до сих пор на многих заводах их изготавливают по традиционной технологии, которая не учитывает специфику формообразования таких поковок. К основным недостаткам традиционной технологии следует отнести низкий коэффициент использования металла, высокие энергетические затраты и низкую стойкость инстр"мента.

. Таким образом усовершенствование технологического процесса получения удлиненных тонких поковок на основе системного подхода при проектировании технологического процесса является актуальной задачей.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ: На основе исследования технологических и технико-экономических параметров разработать оптимальный технологический процесс изготовления удлиненных поковок с тонким лезвийным участком.

Для достижения указанной цели в работе решали следующие задачи:

- провести экспериментальные исследования форыоизменения, деформированного состояния, а также скоростных и силовых параметров процесса в зависимости от форм и размеров исходной заготовки при штамповке исследуемой группы поковок;

- разработать новые варианты технологических процессов с учетом результатов проведенных исследований;

- разработать методику оценки технического уровня технологических процессов штамповки' -удлиненных тонких поковок;

- на основе современных методов многокритериальной оптимизации выбрать наилучший технологический процесс получения исследуемой группы изделий.

МСТОДО ИССЛЕДОВАНИЯ: В теоретическом исследовании применяли метод линий скольжения, метод экспертных опенок, математическую теорию ценности и теорию планирования эксперимента. В экспериментах использовали метод координатных сеток, метод визиопластичности и автоматизированную систему измерения усилий с обработкой получения результатов статистическими методами.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА:

- экспериментально установлено влияние различных форм и размеров исходных заготовок на распределение деформаций и скоростей перемещения металла, при штамповке удлиненных тонких поковок,

- уточнены структура очага деформации и распределение скоростей перемещения частиц деформируемого металла при штамповке удлиненных тонких поковок с клиновидным поперечным сечением,

- получено распределение нагрузок по поверхности штампа и установлено, что на участке штампа, где формируется толстая сторона лезвия, нагрузка в среднем в два раза выше, чем на участке тонкой стороны лезвия в первой фазе заклпчительной стадии штамповки ,

- получены новые поля линий скольжения и совместимые годографы скоростей при малооблойной штамповке удлиненных тонких клиновидных поковок с соотношением размеров облоя 0,75^ ^(и — 1,4 (где № -ширина, И - толщина облря).

- разработана методика оценки технического уровня технологических процессов штамповки удлиненных тонких поковок,

- определена и обоснована граница предварительного профилирования заготовок перед штамповкой исследуемой группы поковок на основном штамповочном сбор-давании.

Практическая ценность: Разработан« три варианта технологических процессов штамповки удлиненных тонких поковок. Даны рекомендации по повышении стойкости штампов, применяемых для получения удлиненных тонких поковок. Предложена методика опенки и прогнозирования технического уровня технологических процессов штамповки.

На защиту выносятся:

- результаты теоретических и экспериментальных исследований стадийности, деформированного состояния, кинематики и энергосиловых параметров процесса штамповки удлиненных тонких поковок,

- разработанные на основании данных исследований технологические процессы получения удлиненных тонких поковок,

- методика прогнозирования положения нейтрального сечения на последней стадии штамповки клиновидных поковок,

- методика оценки технического уровня технологических процессов штамповки, позволяющая при заданных численных значениях коэффициента использования металла, долговечности инструмента и трудоемкости процесса определить технический уровень,

- решение задачи многокритериальной оптимизации технологических процессов птамповхи, основанное на математической теории ценности и на новом подходе к отысканию ресовых коэффициентов параметров оптимизации.

Апробация работы и публикации: Материалы работы доложены и обсуждены на научной конференции молодых ученых 1МСиС (апрель 1991 г.), на научном семинаре специализации "кузнечно-штамповочное проиа-

- б -

водство" кафедры обработки металлов давлением МИСиССмвнь 1992 г.), на научной семинаре кафедры обработки металлов давлением ЫИСиС (октябрь 1992 г.). По теме диссертации опубликованы три научных статьи: одна в "Известия Вузов. Черная Металлургия" и две депонированы во ВИНИТИ Российской Академии наук.

Реализация работа: Разработанные технологические процессы реализованы в полупромышленных условиях на опытном заводе Инсгитта Металлургии Российской Академии Наук (на штампах, любезно представленных Ижорским заводом). Основные выводы и рекомендации, порченные в данной работе, будут использованы Кампанией " Пек-бд»* я (Нигерия).

Объем -работы: Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, содержит страниц машинописного текста, рисунков,

таблиц, включает список литературы из наименований,

приложений.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЛОКАЛЬНЫХ ДЕФОРМАЦИЯ ПРИ ШТАМБ ВНЕ УДЛИНЕННЫХ ТОНКИХ ПОКОВОК

Объект исследования (лезвие ножа) относится к группе удлиненных тонких поковок сложной формы. Его сложность заключается в наличии трех различных участков по длине (левия, конической части, хвостовика). Участки поковки отличаются, как по форме поперечных сечений (прямоугольное, клиновидное, круглое), так и по площади их поперечных сечений (площади поперечшх сечений отличаются в 2,5-3 раза). Поэтому в экспериментах по исследованию деформированного состояния металла при штамповке исследуемой поковки ставили задачу нахождения связей мевдг деформациями и: I) формой и размерами исходной заготовки, 2) механизмом заполне-

нмя полости штампа. С этой иельп в экспериментах использовали заготовки круглого и прямоугольного поперечных сечений. Исследование выполнено методом координатных сеток с использованием технически чистого свинца в качестве модельного материала.

Установлено, что картина распределения местных деформаций в различных участках поковки зависит от степени обжатая и механизма заполнения металлом гравюры штампа. Показано, что на участке лезвия и хвостовика формообразование идет путем поперечной радиальной осадки, а конический участок формируется за счет выдавливания в коническ-в полость. Неравномерность деформаций на участках лезвия к хвостовика в 2-4 раза больше, чем на коническом участке. Прч штамповке участка лезвия из полосовой заготовки неравномерность-деформации получается меньше в 2,5-3,5 раза, чем при штамповке из цилиндрической. На участке хвостовика применение цилиндрической заготовки с отношением площади сечения к площади сечения поковки 1,4:1 дает в 3 раза меньше неравномерность деформаций, чем при штамповке цилиндрической заготовки, у которой площадь поперечного сечения в 2,5 раза больше площади сечения поковки.

ИССЛЕДОВАНИЕ ФОРМОИЗМЕНЕНИЯ ЗАГОТОВОК ПРИ ШТАМШВКЕ

В диссертационной работе исследовали формоизменение заготовок на различных участках при постадмйном обжатии. Понятие стадийности при штамповке исследуемой группы поковок отличается от общепринятого, так как заготовка за один и тот же ход ползуна пресса получает разные степени деформации на различных участках. ГЪ этому в работе анализ формоизменения выполнен по участкам.

Особое внимание было уделено участку лезвия как основному элементу поковки. На заключительной стации штамповки на этом участке происходит несимметричное и неравномерное вытеснение "излишка" металла в облой« Облой сначала образуется на толстой стороне лезвия (первая фаза заключительной стадии), а затем на тонкой (вторая фаза заключительной стадии).

Важным обстоятельством при решении задачи форюизменения является наличие нейтрального сечения, так как вытеснение металла в заусенеп при штамповке несимметричных поковок связано с его положением. В основ/ расчета формоизменения положены следующие предположения:

1) деформация металла на участке лезвия в процессе формообразования считается плоской;

2) в сил/ первого предположения площадь поперечного сечения заготовки считается постоянной и равной площади поперечного сечения исходной заготовки;

3) форма свободной поверхности на участке лезвия не изменяется в процессе формообразования.

Информация о положении нейтральной линии (как следа нейтральной поверхности) на предыдущей стации штамповки было получено методой координатных сеток.

Следуя обозначениям на рис.1, при обжатии заготовки на ^ (в целях упрощения расчетов принимаем, что величина обжатия одинакова по всей ширине очага деформации) площадь металла, смещенная по высоте,идет на образование заусенца с тонкой стороны лезвия. На толстой стороне продолжается истечение в облой.

Имеем систем/ уравнений:

р ^ р., + Р«,

Схема, к расчету формоизменения заготовки на заключительной стадии ¿талыозки участка леавиг

/к

Г'

,1_

Уо

ах!

I

Ур,

Ир

Рис. I

ш

где - площадь правой части очага деформации, смещенная по

высоте при обжатии на Ду ;

- площадь левой части очага деформации;

- длина правой части очага деформации в исходной заготовке;

координата нейтрального сечения в исходной заготовке

(принимаем как начало координат);

величина смещения нейтрального сечения при обжатии

заготовки на ¿у ;

длина переходного участка;

- длина облоя на толстой стороне исходной заготовки; длина облоя на тонкой стороне заготовки;

р - площадь поперечного сечения исходной заготовки;

ри - площадь металла-заготовки, заполняющего полость штампа.

После решения системы уравнений (I) получили выражение для величины смещения нейтрального сечения при обжатии заготовки на &и : ,

= (2)

Расчетами, проведенными с помощью полученной формулы, показано, что на последней стадии штамповки нейтральное сечение смещается на 8-10^ вправо. В результате этого объем облоя на толстой части лезвия получается на больше, чем на тонкой части.

ИССЛЕДОВАНИЕ СИЛОВЫХ И СКОРОСТНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ШТАМПОВКИ

Для удлиненных тонких поковок с относительной высотой заусенца =1+2 (где^л. - высота поковки, ^ - высота заусенца) характерно большое усилие цеформирования. Степень деформации на участке лезвия достигает около 75/6 (по традиционной технологии). Для выяснения взаимосвязи параметров исходных заготовок с силовыми и скоростными параметрами процесса получения исследуемой группы поковок в работе применен метод полей линий скольжения. Анализ был выполнен для цилиндрических, прямоугольных и клиновидных заготовок. При построении полей линий скольжения принята следующие допущения:

- материал жесткопласгичен, однороден и изотропен,

- пластическая деформация совершается в изотермических условиях при отсутствии температурных напряжений,

- силы инерции и другие массовые силы пренебрежимо малы,

- деформация происходит в условиях простого нагружения.

Сетки линий скольжения и годограф скоростей построены графоаналитическим способом.

Для цилиндрической заготовки процесс обжатия был разбит на три основных стадии: начальную, промежуточных) и заключительную. Особенность процесса обжатия цилиндрической заготовки на участке лезвия заключается в том, что на заключительной стадии штамповки образование облоя начинается сначала с толстой стороны лезвия (первая фаза), а затем с тонкой (вторая-фаза). Неравномерность и несимметричность вытекающих объемов металла в облой на обеих сторонах приводит к тому, что облой на толстой части лезвия получается тоньше облоя на тонкой части.

Поля линий скольжения, полученные для заключительной стадии

штамповки позволили уточнить структуру очага деформации при такой схеме деформирования. Длина тонкой части очага деформации на первой фазе заключительной стадии больше, чем на толстой стороне. На второй фазе заключительной стадии положение линии раздела течения металла смещается вправо, и соответственно изменяется соотношение очагов деформации.

По построенным полям линий скольжения рассчитали распределение нормальных контактных напряжений для каждой стадии деформирования и построены их эпюры. По полученный опорам контактных напряжений было установлено, что вследствие несимметричности истечения, участок штампа, где формир'ется толстая часть лезвия, испытывает болысю нагрузку (в 2 раза) по сравнению с другим участком (для первой фазы заключительной стадии штамповки).

Для исследования кинематики процесса по полученным сеткам линий скольжения были построены годографы скоростей. По годографам скоростей установлено, что возникновение и распространение линий разрыва скоростей зависит от размеров облоя: при^И «=1,4 линия разрыва скоростей проходит через особую точуу В, при = С,75 линия разрыва скоростей не иожет проходить через зту точку, иначе нарушится условие несжимаемости материала. Полученные годографы скоростей позволили установить, что скорости перемещения частиц металла на толстой стороне лезвия больше, чем на тонкой в результате того, что истечение металла в облойную щель начинается именно на толстой стороне лезвия.

Для заготовок прямоугольного и клиновидного поперечных се-чеиий ввиду того, что они ближе по размерам и конфигурации к поковке, число стадий штамповки уменьшается до двух: стадии заполнения гравюры штампа л стадии доштамповки, которая совпадает со стадией образования облоя. Построение линий скольжения и годо-

- 13 -

графов скоростей для последней стадии штамповки осложняется "нестандартным" соотношением ширины облоя к ее толщине (0,75—

6. 1,4).

Установлено, что для указанных размероа облоя не может быть реализовано условие максимального трения на участке облоя. Поэтому необходима корректировка граничных условий (т.е. "С С и , где М. - пластическая постоянная материала). Линии скольжения выходят на контактную поверхность под углами 30° и 60° (рис.2). Для согласования полей линий скольжения в области облоя с полем в поковке в местах перехода з*\усеша к поковке возникают особые точки. Ст этих точек берут начало центрированные веера, угол разбиения которых должен быть одинаковым с углом раствора поля в области облоя.

Эпюры нормальных контактных напряжений, полученные для прямоугольных и клиновидных заготовок показывают, что в результате использования профилированных заготовок распределение нагрузки на различных участках штампа носит более равномерный характер, чем при штамповке с использованием цилиндрических заготовок (по традиционной технологии).

С целью проверки результатов теоретического расчета усилий штамповки и кинематики процесса было проведено экспериментальное определение усилий штамповки различных заготовок с помощью автоматизированной системы измерения технологических параметров и управления прессом (АСИТП)*. Изменение усилий на каждой стадии штамповки изучили при поэтапном обжатии образцов (абсолютная величина единичного обжатия составляла I мм). Данные, полученные по всем этапам штамповки для всех типов образцов представлены на графиках "путь ползуна - усилие депортирования" и хорошо согласуются с данными метода -уний скольжения. Экспериментальное ис-Работа вчполнена на кафедре МТ-10 МГТ/ им. Баумана

Эпюр» контактных напряжений, поле линий скольхени." и годограф скоростей на заключительной стадии ¡итиогсвки заготовок прямоугольного сечениг

Рис. 2

следование скоростей перемещения^частиц цеформир-емого металла при штамповке было выполнено методом визиопластичности. Результаты эксперимента подтвердили ранее полученные теоретические данные о превышении скоростей перемещения металла на толстой стороне лезвия по сравнению со скоростями на тонкой стороне на 12,5% (для традиционной технологии).

Проведенный комплекс исследований позволил установить области наибольшей вероятности износа гравюры штампа. Показано,■""что для штамповки исследуемой группы поковок целесообразно применение заготовок прямоугольного и клиновидного поперечных сечений (вместо цилиндрических) соответспуюцих размеров: более равномерное распределение нагрузки на инструмент, меньшее усилие штамповки, и, следовательнобольшая стойкость штампов.

РАЗРАБОТКА ВАРИАНТОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ШТАМПОВКИ

Результаты теоретических и экспериментальных исследований параметров процесса штамповки удлиненных тонких поковок (типа лезвия ножа) были положены в основу новых технологических процессов. Основным вопросом при разработке новых технологических процессов является выбор способа получения и конфигураций исходных заготовок. В качестве исходных заготовок предложено использовать профилированные заготовки, полученные специализированными способами »узнечной подготовки заготовок перед штамповкой: продольной вальцовкой, поперечной прокаткой и продольно-клиновой вальцовкой.

Разработка технологического процесса профилирования заготовок под штамповку включала следугщие задачи: конструирование чертежа вальцованной заготовки, определение числа переходов и

выбор системы калибров, определение размеров исходной заготовки, расчет поперечных и продольных размеров калибров вальцовочных штампов по переходам. Системы калибров выбрали с учетом особенностей формообразования не'только при профилировании, но и при последующей штамповке.

При продольной вальцовке хвостовую часть заготовки вальцуют за два перехода по схеме круг-овал-круг, в результате которого получили стержень соответствующих размеров. Для участка лезвия исходную заготовку вальцуют по схеме круг-плоский овал-прямоугольник в гладких вальцах. Участок ко^'са не подвергается обжатию.

Технологический, процесс поперечно-клиновой прокатки заготовок лезвия ножа предусматривает формообразование одновременно двух заготовок с последующим их разделением перед штамповкой. Размеры исходной заготовки определяют, исходя из объема прокатываемой детали и объема концевых отходов. Расчет выполнен по методике А.И.Целикова. Прокату осуществляют на плоско-клиновом стане за один ход верхней плиты.

Третий вариант профилирования заключается в продольно-клиновой прокатке участка прямоугольного сечения заготовки, полученной по первому варианту профилирования. В результате на участке лезвия получается симметричное клиновидное сечение, т.е. еще больше приближение формы и размеров исходной заготовки к форме и размерам поковки.

Последующая штамповка полученных заготовок осуществляется на молоте. Таким образом, для исследуемой поковки разработаны четыре варианта технологии: ___

1) штамповка цилиндрической заготовки (без профилирования) на молоте (традиционная технология),

2) поперечная прокатка заготовок + штамповка на молоте,

- 17 -

3) продольная вальцовка заготовок + штамповка на молоте,

4) продольная вальцовка, клиновая вальцовка с последующей итамповкой на молоте.

Эти технологические процессы отличаются друг от друга степенью приближения формы и расмеров заготовок к форме и размерам поковки (варианты технологии представлены в порядке возрастания степени приближения геометрических параметров заготовок и поковки).

Расчетами установлено, что использование профилированных заготовок для штамповки лезвия ножа дает во сложность в 5 раз снизить мощность основного штамповочного оборудования. По сравнению с традиционной технологией разработанные процессы обеспечивают высокий коэффициент использования металла (до С,97 против 0,57) и низкую энергоемкость. Предложенные технологические процессы малооблойной штамповки удлиненных тонких поковок реализованы в полупромышленных условиях*.

МЕТОДИКА ОЦЕНКИ И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО Л>0ВШ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРСЦЕОСОВ ШТАМПОВКИ

На основе теории планирования эксперимента и метода экспертных оценок предложена методика оценки и прогнозирования технического уровня технологических процессов штамповки поковок,исследуемой группы. На гтапе предпланировакия эксперимента были выявлены три основных фактора, влияющих на технический уровень процесса штамповки исследуемой группы поковок, а именно:

- расход металла,

- долговечность инструмента,

* Реализация процессов была осуществлена на опытно-экспе-иментальном заводе Института Металлургии им. Еайкова Российской кадемии Наук.

- 18 -

- трудоемкость процессов.

При использовании аппарата теории планирования эксперимента необходимо было составить условия расчета в виде таблицы, йакторы варьировали на двух уровнях, в результате чего число "опытов" составляет 23 (два уровня варьирования трех факторов).

Таблица

Условия расчета

Сакторы (название)

¡Обозна-¡чение

I

У ровни

>6- ! (х

Коэффициент исполь- Хт зования металла

Долговечность инстру- Хо> мелта, шт.

Трудоемкость процес- Хо сов, чел.час/1 тыс.шт.

С,57 С,97 1250С 1625С С,199 0,281

С,2 1875 0,041

На втором этапе решения задачи составили матриц/ трехфактор-ной оценки технического уровня. Зависимость технического уровня процессов от условий "опытов" представили уравнением регрессии:

1т % + + Ь<а.ъ*1*а*з (3)

где факторы записаны в кодированной безразмерной форме:

^О- Ь^ Ьд,- ¿3« Ь<3 «к^ .Цхз - коэффициенты регрессии, 1 - технический уровень.

По матрице трехфакторного эксперимента вычислили значения коэффициентов регрессии по известным форцедам. Незначимые коэффициенты отбросили и уравнение регрессии имеет вид:

¿Г •= 0,56 + 0.ЮХ! + 0,13Х2 - 0,08X3 (4)

- 19 -

Ьыла проведена проверка адекватности порченной модели сравнением критериев Фишера: опытного и табличного. С помощью полученной зависимости сравнивали технический уровень разработанных технологических процессов по численным значениям показателя расхода металла, стойкости штампов и трудоемкости технологических процессов. Эти факторы, согласно полученному уравнению, находятся в соотношении 1,2 : 1,6 : I.

№0 ГС КРИТЕРИАЛЬНАЯ 0ГТМ.!И2АЩЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ' ГРОЦЕСООВ ШТАМПОВКИ

В связи с многообразием технологических процессов получения исследуемой группы поковок и с учетом многофакторности была поставлена задача выбора наилучшего из предложенных процессов.

В диссертационной работе задача оптимизации заключается в выборе одного из четырех разработанных технологических процессов, чтобы при выполнении заданных ограничений (расхода металла, стойкости инструмента, трудоемкости процессов, энергоемкости процессов и качества поковок) обобщенный показатель технико-экономической эффективности производства принял наилучшее значение.

Решение задачи оптимизации основано на математической теории ценности и метода экспертных оценок. В качестве показателя расхода металла использовали коэффициент использования металла. Трудоемкость процессов рассчитывали для формоизменяющих операций (включая обрезу облоя) и механической обработки. Для опенки энергозатрат использовали стоимостной показатель. Расчет общего экономического показателя был произведен на основании дополнительных капитальных вложений.

Решение задачи многокритериальной оптимизации сводится к

- 20 _

построению аддитивной функции ценности вида:

*№,Ч>ч *г) = Ч- ь С*,') (5)

где а) » соответстрчот параметрам оптимизации

КИМ, энергоемкости, трудоемкости, приведенным затратам и качеству поковок;

б) (для худшего значения ><| ) = 0;

(для лучшего значения X) ) = I; ^ = I, ..., 5;

в) О ¿Ц," £ I, ^ « 1.....5;

г) 2ГоО; = I.

Функция , выражащая опенку ^ , является ^ -й компонентой оценочной функции, а ^ - весовым коэффициентом, укаэывагхцим долевой вклад отдельно выделенного параметра оптимизации в суммарное значение ^ . Оптимальным является такой технологический процесс, который имеет максимальное значение аддитивной функции ценности.

Для всех параметров оптимизации построены оценочные функции с помощью метода "средних точек". Весовые коэффициенты находили по разработанной методике, которая сочетает •методы экспертных оценок и планирования экспериментов.

Весовые коэффициенты оценочной функции получились слецухдае: = 0,28; = 0,22; = 0,19; и)^ . 0,21; 0,10.

Тогда искомая аддитивная Функция ценности имеет вид:

После подстановки вычисленных значений одномерных функций ценности по вариантам технологии получили следущие значения:

- 2I--

- -0,0604 ;

F3 = +0,0140;

= -0,0936; = -0,03 Сб;

Таким образом, максимальное значение аддитивнай функции ценности имеет третий вариант технологиче:ког» првцессж (продольна." вальцовка заготовок с последующей штамповкой на молоте). По степени приближения формы и размеров заготовок к форме и размерам поковки этот варшлг занимает промежуточное положение 0,70; Кпр=0,85; Клр^=0,93 ). Следовательно, для исследуемой группы поковок определена рациональная граница, предварительного профилирования заготовок черед штамповкой. В этом случае максимальное приближение геометрических параметров заготовки к параметрам поковки оказалось экономически нецелесообразным.

ОБЩЕ ВЫВОДЫ

1. lia основании теоретических и гэксперемент&льньтх исследований обоснован оптимальные (из четырех разработанных вариантов) технологический процесс изготовления удлиненных тонких поковок типа лезвия ножа.

2. Вытеснение металла в заусенец :ipiî штамповке клиновидных поковок связано с положением нейтрального сеч:кия, которое 1"мец;аетст в сторону меньшей толгнны поперечного сечения поковки. Установлено, что ни последней стадии штатовки нейтрального течения гмещается на 8-1С$, в результате чего обгем облоя на толсто"; части лезвия получается н* 4С% болше чем на тонкой ч»;ти. Смещение точки раздела пластических потоков подтвергде-но полученными полями линий скольжения.

3. Соотношение плоЕ;адей поперечных сечений заготовки и поковки оказывает существенное влияние из. неравномерность распределения деформаций. Как оксперементально установлено, неравномерность деформации при шталяовке цилиндрической заготовки с отношением ' плоигди заготовки к площади поковки 1,35 а 3 раза больше, чем

при итамповке с использованием полосовой заготовки с величиной этого соотношения, р».вной 1,05 (при обжатии на 70!5).

4. Установлено, чго при штамповке заготовок прямоугольного еечекия (соотношение сторон 3,75)коэффициент использования металла повышается на 21% по сравнении ;о штамповкой заготовок круглого поперечного сечения.

С. Показано, что на участке штампа, где формируется толстая сторона лезвия, нагрузка и скорости перемещения деформируемо г» металла значительно больше, чем на участке формообразования тонкой стороны лезвия. (Нагрузка в два раза выше, скорости отличается примерно на 12,Ь%).

6. Геометрические п&раметрц заготовки оказн»нот значительное влияние на усилие штамповки различных участков удлиненных тонких поковок. Эксперементальным исследованием силовых параметра» процесса установлено, что на участке лезвия при штамповке заготовок прямоугольного сечения с соотношением сторон 3,75 усилие штамповки уменьшается на 25$ по сравнению со штамповкой заготовки круглого поперечного сечения. На участке хвостовика возможно снизить усилие штамповки в 2,5 раза за счет применения заготовки меньшего объема.

7. При построении полей линий скольжения установлено, что для удлиненных твнких поковок с соотношением размеров облоя Ч

— (где*\л/- ккрина поперечного сечения и

И - толщина облоя)на разных участках контактных поверхностях штампа реализуются различные граничные условия: на участке .

формирования облоя и ¿- к , а на участке формообразования лезвия контактное напряжение трения может достигать максимального значения Г = 11 , гце К - пластическая постоянная материала поковки.

В. Результаты анализа распределения нормальных напряжений и скоростей перемещения металла показывают, что участок штампа, где происходит формообразование толстой части лезвия, находится в наименее благоприятных условиях износа как по истиранию, так и по смятию. Так как полосовые заготовки дают меньше усилия штамповки и скоростей перемещения металла при получении удлиненных тонких поковок, то в целях улучшения условий работы инструмента целесообразно применение полосовых заготовок вместо цилиндрических.

9. Технический уровень технологических процессов штамповки поковок типа лезвия ножа определяется в основном долговечностью инструмента, расходом металла и трудоемкостью процессов. Методами регрессионного анализа и экспертной оценки установлено, что эти факторы находятся в соотношении 1,6 : 1,2 : I.

10. Расчетами показано, что кроме экономии металла (на 4С$), применение профилированных заготовок для штамповки поковки лезвия ножа дает возможность в 5 раз снизить мощность основного штамповочного обо]удования.

11. С помощью разработанной методики решения задач многокритериальной оптимизации получены весовые коэффициенты технологических параметров, по которым найден наилучший технологический процесс производства поковок исследуемой группы. На основе предложенной методики определена граница целесообразности предварительного профилирования заготовок перед окончательной штамповкой. Для поковки лезвия ножа коэффициент приближения составляет 0,85.

12. Проведенный комплекс исследований процесса штамповки сложных поковок типа лезвия ножа позволил выработать рекомендации, переданше на заводы Нигерии для внедрения.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Абу1у Г.И. Экспериментальное исследование деформированного состояния при штаыповке удлиненных тонких поковок.// Изв.^зов Черная Металлургия, 1991. - * 5.- С. 45-48.

2. Абугу Г.И. Тюрин В.А. Анализ очага деформации и прогнозирование характера износа штампов при штамповке удлиненных тонких поковок / Московский институт стали и сплавов, 1992. 13 с.

Деп. в ВШИТО У 2744-В92 от 09.09.92.

3. кбугу Г.И., Тюрин В.А. Многокритериальная оптимизация технологических процессов штамповки / Московский институт стали и сплавов, 1992. 13 с. Деп. в ВИНИТИ Р 2745-В92 от 09.09.92.

Московский институт стеши и сплавов,

Ленинский проспект, 4

Заказ , объем I

Тираж 100

Типография МИСиС,

Орджоникидзе, 3/9.