автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.09, диссертация на тему:Изготовление многослойных уплотнителей на металлической основе разделительными операциями штамповки

На правах рукописи

судаков павел владимирович

изготовление многослойных уплотнителей на металлической основе разделительными операциями

штамповки

Специальность 05.02.09 - Технологии и машины обработки давлением

автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тула 2013 005545917

005545917

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Тульский государственный универси-

тет».

Научный руководитель

Официальные оппоненты

Ведущая организация

доктор технических наук, профессор Панфилов Геннадий Васильевич

Талалаев Алексей Кириллович, доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет», кафедра «Технология полиграфического производства и защиты информации», профессор;

Травин Вадим Юрьевич, кандидат технических наук, главный конструктор направления, ОАО «НПО «СПЛАВ» (г. Тула).

ФГБОУ ВПО «Государственный университет - учебно — научно — производственный комплекс» (г. Орел).

Защита диссертации состоится 2013 г. в ча-

сов на заседании диссертационного совета Д 212.2^1.01 при Тульском государственном университете (300012, г. Тула, пр. Ленина, 92, 9-101).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тульского государственного университета.

Автореферат разослан

013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

А.В. Черняев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время среди основных путей повышения эффективности производства особое внимание уделяется снижению трудоемкости и себестоимости изготовления продукции, а также повышению ее качества и улучшению эксплуатационных свойств. В различных отраслях промышленности, таких, как машиностроение, авиастроение, атомная энергетика, строительство нефтяных и газовых магистралей достаточно широко применяются многослойные пластиковые и комбинированные с металлом конструкции, в том числе и уплотнительные элементы различной конфигурации и назначения. В частности, значительный интерес представляют трехслойные уплотнители, у которых центральный слой выполнен из перфорированной нержавеющей стали, а крайние слои — из терморасширенного графита.

Терморасширенный графит, это экологически чистый материал, обладающий уникальными свойствами. Он химически инертен, стоек к радиации, обладает большой упругостью и высокой термостойкостью, пониженным коэффициентом трения и не подвержен старению.

Особую проблематичность вырубки-пробивки качественных деталей из данного многослойного материала вызывает невозможность применения жесткого прижима из-за эластичных наружных слоев. Это приводит к существенным дефектам изготавливаемых уплотнителей, таким, как изгиб центрального металлического слоя в зоне обработки, увеличенная величина эксцентриситета, а также косина внутреннего и наружного торцов. Анализ литературных источников, патентные исследования и предварительные экспериментальные исследования показали, что повысить качество изготавливаемых уплотнителей можно использованием клиновых выступов на инструменте и оснастке, прокалывающих наружные эластичные слои и обеспечивающих жесткий прижим центрального металлического слоя.

В связи с изложенным, теоретическое обоснование новых способов и технологических режимов изготовления трехслойных уплотнителей повышенного качества с центральным металлическим слоем и эластичными периферийными слоями, применяемых в изделиях и объектах ответственного назначения, является актуальной задачей.

Цель работы. Повышение эффективности разделительных операций штамповки многослойных уплотнителей с центральным металлическим слоем и эластичными периферийными слоями путем разработки новых способов изготовления, установления рациональных технологических режимов и совершенствования штамповой оснастки.

Для достижения указанной цели в работе были поставлены и решены следующие задачи исследований:

1. Усовершенствовать аналитический метод линий скольжения для условий плоского пластического течения деформируемого материала с установлением результирующих аналитических зависимостей, позволяющих рассчитать геометрические и силовые параметры типового исследуемого процесса обработки металлов давлением со значительным сокращением трудовых и временных затрат.

2. Определить рациональные силовые режимы разделительных операций штамповки инструментом с кольцевыми клиновыми выступами многослойных уплотнителей повышенного качества с центральным металлическим слоем тео-

ретическим методом линий скольжения.

3. Развить и конкретизировать основные положения проектирования универсальных автоматизированных штампов для мелкосерийного многономенклатурного изготовления различных типоразмеров плоских кольцевых деталей.

4. Изучить влияние геометрических размеров инструмента с клиновыми кольцевыми выступами и технологических параметров процесса на качество изготовления трехслойных уплотнителей путем проведения планируемого многофакторного эксперимента.

5. Разработать базовый технологический процесс изготовления трехслойных кольцевых уплотнителей и конструкцию автоматизированного быстропе-реналаживаемого штампа для ее реализации, применительно к мелкосерийному многономенклатурному производству.

Объект исследования. Процессы вырубки-пробивки трехслойных уплотнителей с центральным металлическим слоем и эластичными периферийными слоями.

Предмет исследования. Установление геометрических и силовых зависимостей, позволяющих обеспечить качественное изготовление трехслойных уплотнителей.

Методы исследования. В теоретическом исследовании использован аналитический метод линий скольжения с применением интегрального преобразования Лапласа-Карсона (операционного исчисления), позволяющий получить компактные результирующие зависимости для расчета геометрических и силовых параметров процесса вдавливания гладкого клина в полуплоскость в условиях плоского деформированного состояния.

Данный метод также использован для разработки алгоритма установления полуфабрикатов результирующих зависимостей для основных геометрических и силовых параметров определенных вариантов участков пластических областей в задачах обработки металлов давлением.

Для установления рациональных геометрических размеров и формы клиновых выступов на рабочем инструменте вырубки-пробивки трехслойных уплотнителей использованы элементы теории подобия и моделирования и основные положения планируемого многофакторного натурального эксперимента.

Положения, выносимые на защиту:

- Результаты аналитического описания методом линий скольжения разработанного модельного процесса вдавливания гладкого клина в полуплоскость с образованием наплыва со свободной пластической границей в форме дуги окружности, позволившего уточнить силовые параметры процесса.

- Установленные кинематические соотношения функционирования подвижных механизмов автоматизированных быстропереналаживаемых штампов для изготовления трехслойных уплотнителей, обеспечивающие возможность рационального проектирование конструкций этих штампов для условий мелкосерийного многономенклатурного производства.

- Результаты многофакторных экспериментальных исследований и соответствующие регрессионные модели влияния геометрических параметров инструмента и технологических параметров процесса на качество изготавливаемых уплотнителей, положенные в основу разработки новых способов получения указанных деталей.

Научная новизна. Установлены и аналитически описаны закономерности формирования и развития пластической области при вдавливании клиново-

го инструмента в полуплоскость с образованием наплыва с круговым профилем свободной границы; выведены интегральные аналитические зависимости, позволяющие без трудоемких математических преобразований исследовать конструкции полей линий скольжения, схематизирующих участки пластических областей, примыкающих к осям симметрии, свободным границам и гладкому инструменту в различных задачах плоской теории пластичности.

Практическая значимость. Результаты теоретических и экспериментальных исследований, в том числе: установленные силовые режимы разделительных операций и регрессионные модели регулирования качества конструктивных элементов уплотнителей позволили сформулировать практические рекомендации по проектированию двухоперационных технологических процессов вырубки-пробивки и разработке конструктивных вариантов штампов для реализации предлагаемой технологии в условиях мелкосерийного многономенклатурного производства; рациональные геометрические размеры клиновых выступов на инструменте и прижиме-съемнике для изготовления особых трехслойных уплотнителей с центральным металлическим слоем и периферийными эластичными слоями.

Реализация работы. На основе результатов комплекса проведенных исследований, конструкторско-технологических разработок и полученных практических рекомендаций усовершенствованы технологические процессы изготовления ряда конструктивных вариантов трехслойных уплотнителей различного назначения. Результаты исследований использованы на предприятии ОАО «Гравионикс» (г. Климовск Московской обл.) и в учебном процессе при подготовке магистров по направлениям: 150700 « Машиностроение» и 151000 «Технологические машины и оборудование».

Апробация работы.

Результаты исследований доложены на: Международной молодежной научной конференции «XXXVI Гагаринские чтения»; Международной конференции «Автоматизация: проблемы, идеи, решения» (Тула: ТулГУ, 2010); Всероссийской НТК студентов и аспирантов «Современные технологии обработки металлов и средства их автоматизации» (Тула: ТулГУ, 2010 и 2011); ежегодных магистерских конференциях ТулГУ и НТО профессорско-преподавательского состава каф. МПФ; на основе конкурсного отбора, соискатель удостоен персональной аспирантской стипендии Президента РФ в 2012 г. за комплекс работ по усовершенствованию технологии изготовления уникальных уплотнителей.

Публикации. Материалы проведенных исследований отражены в 6 статьях, в изданиях рекомендуемых ВАК для опубликования материалов диссертационных работ, 5 статьях и тезисах докладов на научно-технических конференциях различного уровня, 5 патентах на изобретения и полезные модели.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения и четырех разделов, заключения, списка использованных источников из 97 наименований, и включает 115 страниц машинописного текста, 68 рисунка, 24 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность рассматриваемой задачи, приведено краткое содержание разделов диссертационной работы и сформулирована цель работы.

В первом разделе проведен обзор области применения существующих трехслойных материалов и уплотнительных конструкций из них. Выполнен анализ подходов к исследованию разделительных операций при изготовлении трехслойных уплотнителей.

Проведен обзор работ по развитию аналитического метода линий скольжения применительно к условиям плоского деформированного состояния. Сформулированы задачи исследования и установлены требования для проектируемого штампа в условиях мелкосерийного многономенклатурного производства трехслойных уплотнителей.

Поскольку клиновые выступы на инструменте являются весьма хрупкими конструктивными элементами, то установление уточненных значений контактных давлений и величины интегральной силы, воспринимаемой клиньями, является весьма актуальным. В связи с этим, аналитическим методом линий скольжения решена задача о вдавливании гладкого клина в жесткопластиче-скую полуплоскость с образованием наплыва со свободной границей в форме дуги окружности.

Свое развитие данный метод получил в работах Генки, X. Гейрингер, В.В. Соколовского, A.A. Ильюшина, А.Ю. Ишлинского, Д.Д. Ивлева, А.Д. Том-ленова, J1.M. Качалова, J1.A. Шофмана. Математический аппарат аналитического метода был заложен Р. Хиллом и развит в работах Б.А. Друянова, А.З. Журавлева, К.Н. Шевченко, И.П. Ренне, Г.В. Панфилова и других.

Во втором разделе выявлено, что в исследованиях процессов вдавливания клинового инструмента известно решение Р. Хилла в предположении о прямолинейной свободной границе образующегося наплыва. Однако анализ экспериментальных результатов показывает, что для большинства материалов и сплавов наиболее точной является аппроксимация свободной границы вогнутой дугой окружности (рис. 1) приводящая к конструкции поля линий скольжения, обеспечивающей логичное непрерывное возрастание контактных давлений от точки от точки А к вершине клинаD.

Рис. 1. Предлагаемая конструкция поля Рис. 2. Годограф, согласованный с полем

, i D-

а2а3

линий скольжения

лнпнн скольжения

Соответствующее распределение скоростей в пластической области представлено на рисунке 2. Поскольку АВ - дуга окружности, то линии скольжения АС и ВС являются логарифмическими спиралями, радиусы кривизны

которых определяются экспонентами:

Щ Щ

ЯСО (5,ю) = -72 • + Ф14 (<»,§)] = -72-ехр(£ + со).

Проведением интегрирования вдоль граничных линий скольжения с использованием радиусов кривизны получены необходимые их проекции, позволяющие установить геометрические и силовые параметры процесса:

горизонтальная протяженность поля линий скольжения (см. рис. 1) —* N ехр2ш-8т5 + 5т(2-со —б) Н ехр2со-соз6-со5(2-ю-5)' длина линии контакта пластической области с инструментом

=_ехр2со -1_

Н ехр2ю-со85-со8(2со-5)' радиус круговой свободной границы

Я-*--1—7-г;

Н ехр2(а-со85-со8(2(0-6)

вертикальная относительная технологическая сила

Ру 2-ю-ехр2ю-8т5

Г у - -=---- .

2-к-Н ехр2со-со55-со8(2(о-5) В диссертационной работе приведены иллюстрирующие графические зависимости.

Проведение многочисленных преобразований при выводе результирующих зависимостей требует значительных временных и умственных затрат и значительно повышает вероятность появления ошибок. В этой связи актуальной является разработка типового алгоритма с искомыми аналитическими зависимостями, исключающего значительную долю преобразований, в которые достаточно подставить определенные исходные данные для исследуемого участка пластической области и произвести лишь заключительные преобразования. Оказалось целесообразным разработать такой типовой алгоритм для граничных линий скольжения, подходящих к осям симметрии, свободным границам и

л 3

гладкому инструменту под характеристическими углами — и —п.

4 4

Для проведения разовых однотипных аналитических преобразований при составления горизонтальных и вертикальных проекций граничных линий скольжения, а также получения зависимостей, позволяющих преобразовать тригонометрические составляющие подынтегральных функций к виду, позволяющему использовать теорему о свертке при использовании операционного исчисления для всех четырех вариантов, была составлена расчетная схема, связывающая значения характеристических углов в конечных точках отрезков характеристических линий и введенных угловых координат Михлина-

Христиановича используемых в дальнейших интегральных преобразованиях в качестве переменной интегрирования и граничных значений интегралов.

У\

©V

А А А А

Рис. 3. Возможные варианты комбинаций знаков радиусов кривизны и характеристических углов подхода линий скольжения к оси х

На основании проведенных аналитических преобразований с использованием математического аппарата операционного исчисления были установлены типовые результирующие зависимости для определения горизонтальных и вертикальных проекций граничных линий скольжения в дифференциальной и интегральной форме для всех четырех рассматриваемых вариантов, в которые достаточно подставить текущее значение среднего напряжения, выражение для радиуса кривизны исследуемой граничной линии скольжения, предельный угловой параметр а> и граничное значение среднего напряжения ай, полученное из решения в предшествующей области, чтобы получить готовое решение для соответствующего участка поля линий скольжения, схематизирующего пластическую область исследуемой операции.

На рисунке 4 представлена блок-схема алгоритма аналитического определения геометрических и силовых параметров участка пластической области. Приведенная блок-схема соответствует условию, когда граничные характеристики являются а - характеристиками, аналогичный типовой алгоритм разработан и для второго семейства р- характеристик.

Вначале, из геометрических особенностей конструкции поля линий скольжения и решений в предшествующих областях выявляется комплекс исходных данных. Далее устанавливается вариант решения в зависимости от комбинации этих исходных данных. Затем производятся аналитические преобразования, позволяющие перейти от характеристического угла к новой переменной интегрирования, которой является угловой параметр £ в криволинейной системе координат Михлина-Христиановича. Последующие преобразования предполагают запись выражений для установления необходимых результирующих зависимостей в общем интегральном виде, последующего представления этих выражений в операторной плоскости операционного исчисления, где операция интегрирования представляет собой комбинацию простых арифметических действий, и, в заключение, возврат по таблицам соответствия в плоскость оригиналов с готовыми результирующими аналитическими зависимостями.

В результате проведенных аналитических исследований были получены для каждого из 4 возможных вариантов решения наборы результирующих зависимостей для определения геометрических и силовых параметров для гранич-

Улв(£.й>) =>Хла(р. о)); =>Гм<>,®).

Переход от характеристических углов q> к переменному угловому параметру ; пил !-

I -» I ; sui(<p> —> sm(c) • cos(y>) -» cos(f).

ных характеристик, разделяющих участки пластической области.

Исходные данные:

Запись текущего среднего а{г;)=ав~ ¿-варианты 4: юпрхженыя как функции 4 етв + ¿—эариаюп^иЪ.

Пр«*(ум«йн» в«:швт?гральвых фуЯКЦВЙ к виду, а»}воля>»щг1чу врвмгвжтъ т««р«ку « (»ерткг ■ ■^«•датнртАяихкырлжгяпж

Пр?««ря}овахва в оверятврной влескфстн В Вв1ВрЯЩ«ВЯ? В ^яшнкрв ВЛ*<К«ГТЬ С ГОТОВЫМ ptBFBKM

Зяввгь в вещей мнтстряльвом виде: Проеквян хкряктврвгтвк Преекцяи техв»логвчгской свлы

Рис. 4. Блок-схема алгоритма аналитического определения геометрических и силовых параметров участка пластической области для а - характеристик в исследуемых пластических областях

Приведем установленные аналитические зависимости для первого варианта, показанного на рисунке 3.

Вариант 1. В {•)А: <Ра=^> 1а =со> в О В: <РВ + Переменные вдоль АВ значения среднего напряжения и характеристиче-

— — , 71

скогоугла: а = ав~с.', Ф = —I-ю-с,.

4

Горизонтальная проекция длины линии скольжения АВ на ось х

ХАВ =-Х=- р. 1 -11АВ(Р,Ц)-~П Р2+\

Вертикальная проекция длины линии скольжения АВ на ось у

УАВ =-?=• 1Клв(р,Т1*)-

л/2 Р2+1

Проекция силы от нормального среднего и касательного напряжений, действующих вдоль АВ, на ось х: в плоскости оригиналов

pxab = №B-Z,)RAB

<° * тс

4 о

в плоскости изображений для получения окончательного решения

dp

=х

Рлв

J_ "42

(p-o-f-4

1 — *

—•Rab(p,4 ) р

0,5)—£--(<тв-0,5>

1

■ЛлМлл )

Проекция силы от нормального среднего и касательного напряжений, действующих вдоль АВ, на ось у : в плоскости оригиналов

+ + 0,5 • J RAB л:*) ■• cosí +

^ -

в плоскости изображений также для окончательного решения

А ' dp

^"Тг

_Р

(ст + 0,5>

+ (aB-0,s)-

1

■Rab(P,T\ )

Разработанный типовой алгоритм позволяет упростить решение технологических задач плоской теории пластичности аналитическим методом линий скольжения за счет сокращения объема сложных математических преобразований на 80-90%.

Третий раздел. Конструкция разработанного универсального переналаживаемого штампа, предназначенного для работы в условиях мелкосерийного многономенклатурного производства, содержит такие подвижные регулируемые механизмы, как: магазин загрузки; механизм перемещения комплекта заготовок от оси загрузки заготовок, имеющий пневмоцилиндр в качестве привода подачи; узел фиксации заготовок в зоне обработки; компенсаторный механизм, предохраняющий систему подачи от поломки. Пуансон, матрица и прижим имеют кольцевые клиновые выступы, прокалывающие наружные эластичные слои и обеспечивающие жесткий прижим центрального металлического слоя при вырубке или пробивке изготавливаемого трехслойного уплотнителя. Разработанная конструкция также предусматривает быструю смену пуансонного и матричного блоков для изготовления изделий, имеющих диапазон внешнего диаметра от 100 мм до 30 мм.

Для обеспечения качественной соосности между наружным и внутренним диаметрами кольцевого уплотнителя вначале осуществляется пробивка отверстия, а затем вырубка детали по наружному диаметру (обрезка внешнего отхода). При этом на операции вырубка базирование полуфабриката производится с помощью ловителя, закрепленного в пуансоне, по диаметру предварительно пробитого в заготовке отверстия. Увеличение этого размера приведет к возможности ухудшения качества фиксации заготовки относительно инструмента перед вырубкой, а уменьшение - к ухудшению условий съема детали с ловителя. Учитывая, что в свободном состоянии, когда пуансон и прижим-съемник

двигаются совместно, расстояние между нижним торцом прижима-съемника и пуансона составляет Змм.

Для проектирования и качественной настройки механизма подачи заготовок от оси загрузки заготовок до оси обработки проведены кинематические исследования по установлению рабочего хода шибера для заготовок различного диаметра

А = X—«• I) = 200 — и • /). где: к- величина рабочего хода шибера; ¿ = 200 мм — приятая длина линии подачи заготовок от оси загрузки до оси обработки.

Также произведен расчет положения переднего подающего торца шибера относительно оси заготовок различного диаметра

Ц =0,5 •£> + /, =(л + 0,5)-£-60 где: Ц- расстояние от оси загрузки до крайне правого положения торца шибера; £>- диаметр заготовки.

Четвертый раздел посвящен установлению закономерностей влияния геометрических размеров инструмента на качество торцевой поверхности уплотнителя путем планирования, проведения и обработки результатов многофакторного натурного эксперимента.

Основной проблемой получения качественных поверхностей среза при вырубке-пробивке трехслойных уплотнителей является невозможность реализации жесткого прижима центрального металлического слоя перед срезом при использовании пуансонов, матриц и прижима-съемника обычной конструкции. Последнее объясняется тем, наружные эластичные слои из терморасширенного графита (пенографита) допускают упругие сжимающие деформации не более 40 %. В противном случае они не восстанавливают первоначальную форму и сминаются, что недопустимо.

Экспериментальный анализ качества торцовых поверхностей позволил установить, что основными погрешностями (дефектами) являются изгиб центрального металлического слоя в зоне среза в направлении перемещения пуансона (рис. 7), разрушающий в этой зоне наружные слои и искажающий форму уплотнителя в целом, и отклонение образующих наружной торцевой поверхности уплотнителя и торцевой поверхности отверстия от общей оси симметрии (косина торцов).

Рациональным для повышения качества среза торцовых поверхностей уплотнителя служит способ использования пуансонов, матриц и прижима-съемника с кольцевыми клиновыми выступами определенной геометрии, позволяющими реализовать жесткий прижим центрального металлического слоя

0=30мм

соэосххю ^ ооооооо

п=5 П=5

Рис. 5. Схема для расчета величины рабочего хода шибера

1- 2

Рис. 6. Схема для расчета исходного положения шибера 1-заготовка; 2-подающий шибер

Рис. 7. Погрешности качества торцовых поверхностей трехслойных уплотнителей: слева - изгиб центрального металлического слоя; справа - косина наружного торца уплотнителя

перед срезом (рис. 8).

Для процесса вырубки, в качестве исследуемых выходных параметров

приняты: у,

К

\

- относительное линеиное отклонение середи-

ны внешнего металлического торца от середины толщины уплотнителя;

уг = —¡м*—- тангенс угла (а) отклонения образующей наружной

торцовой поверхности от оси симметрии уплотнителя;

В качестве варьируемых факторов были приняты х,- передний угол клинового выступа, при этом аналогичный угол клина на вырубной матрице выполняется таким же по величине для обеспечения симметрии жесткого прижима центрального металлического слоя; х2- задний угол клиновых выступов, выполняемый одинаковым на прижиме-съемнике и матрице для обеспечения более схожих сжимающих напряжений в крайних эластичных слоях;х}- ширина опорной площадки в вершине клиньев, также выполняемая одинаковой на прижиме-съемнике и матрице. Предварительные экспериментальные исследования показали, что эти факторы являются основными. Рнс' 8" Вм[)убн0" "уаисои

с клиновым выступом

Матрица планирования многофакторного эксперимента с первичными результатами исследования приведены в таблице 1. Был проведен полный многофакторный эксперимент, позволяющий установить закономерности формирования погрешностей изготавливаемых трехслойных уплотнителей.

Таблица 1. Матрица планирования с первичной экспериментальной информацией.

Выходные параметры

Варьируемые факторы

,000012 ,000100

0,000003 0,000000

0,052

0,000003

0,000001 0,000000 0,000004

Наиболее важными погрешностями изготавливаемых уплотнителей, помимо эксцентриситета, который анализируется отдельно, являются следующие: изгиб центрального металлического слоя, возникающий вследствие отсутствия жесткого прижима заготовки перед реализацией операции; косина наружного торца изготавливаемого уплотнителя, существенно его ухудшающая эксплуатационные характеристики.

После обработки экспериментальных результатов и проверки соответствующих статистических гипотез получены следующие уравнения регрессии в натуральных значениях факторов:

у, = 0,1039 + 0,0291*, - 0,0146*3 - 0,0041*,*, + 0,0051*,*, -0,0029*.,*, + 0,0049*,*2*, уг = 0,0458 + 0,0093*, + 0,016*, + 0,001*,*2 - 0,001*,*, На рисунках 9 и 10 приведены графические иллюстрации полученных уравнений регрессии. ________|_

Рис. 9. Зависимость изгиба металлического слоя от переднего угла клина на прижиме-съемнике и матрице при различных значениях ширины площадки в вершинах клиньев на прижиме-съемнике и матрице

Рис. 10. Зависимость косины наружного торца от ширины площадки в вершинах клиньев на прижиме-съемнике и матрице при различных значениях переднего угла клина на прижиме-съемнике и матрице

Подобные уравнения регрессии и графические иллюстрации также были получены для операции пробивки отверстия.

Проведенный с использованием уравнений регрессии, полученных графических зависимостей, иллюстрирующих эти уравнения, и результатов штамповок опытных партий обобщенный анализ качества трехслойных уплотнителей толщиной 5 = 3,0...4, 0 мм, толщиной центрального металлического перфорированного слоя 50 = 0,3 мм и наружным диаметром в диапазоне £> = 30...70 мм показал, что на операции пробивки отверстия величина изгиба металлического слоя уменьшилась в 1,7 раза, косина внутреннего торца - в 1,5 раза; на операции вырубки уплотнителя (обрезки) величина изгиба металлического слоя уменьшилась в 2,1 раз, косина внешнего торца — в 1,9 раза.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

В работе решена актуальная научная задача, заключающаяся в теоретическом обосновании новых способов и технологических режимов изготовления трехслойных уплотнителей повышенного качества с центральным металлическим слоем и эластичными периферийными слоями, применяемых в изделиях и объектах ответственного назначения.

В результате комплекса проведенных теоретических и экспериментальных следований получены следующие основные результаты и сделаны выводы:

1. Усовершенствован аналитический метод линий скольжения для условий плоского пластического течения деформируемого материала за счет установления результирующих аналитических зависимостей, обеспечивающих возможность рассчитать геометрические и силовые параметры типовых процессов обработки металлов давлением и позволяющих сократить на их аналитический вывод трудовые и временные затраты на 80-90 %.

2. Определены рациональные силовые режимы разделительных операций штамповки инструментом с кольцевыми клиновыми выступами многослойных уплотнителей повышенного качества с центральным металлическим слоем теоретическим методом линий скольжения, в частности результирующие зависимости контактного давления и необходимой технологической силы от угла клина.

3. Развиты и конкретизированы положения и принципы проектирования универсальных автоматизированных штампов для мелкосерийного многономенклатурного изготовления различных типоразмеров плоских кольцевых деталей за счет разработки оригинальных конструкций комплекса регулируемых механизмов, таких как: магазин загрузки мерных заготовок, механизм ориентации движения комплекта заготовок от оси загрузки к оси обработки; узла фиксации заготовки в зоне обработки перед проведением операции, а также быст-росъемные пуансонные и матричные блоки, предохранительные и настроечные штамповые устройства.

Рис. 11. Образцы

уплотнителя и отхода пробивки, полученные инструментом с рациональными размерами клиньев

4. Изучено влияние геометрических размеров инструмента с клиновыми кольцевыми выступами и технологических параметров процесса на качество изготовления трехслойных уплотнителей путем проведения планируемого многофакторного эксперимента, в результате которого установлены рациональные размеры клиновых выступов на инструменте и прижиме, максимально возможно сохраняющие прокалываемые наружные эластичные слои и жестко прижимающие центральный металлический слой перед вырубкой или пробивкой.

5. Разработан базовый технологический процесс изготовления трехслойных кольцевых уплотнителей и конструкцию автоматизированного быстроперена-лаживаемого штампа для ее реализации, применительно к мелкосерийному многономенклатурному производству, позволившие уменьшить себестоимость производимой продукции на 34,5%.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОТРАЖЕНО В ПУБЛИКАЦИЯХ

1. Судаков, П.В. Алгоритм аналитического описания участков пластической области методом линий скольжения / П.В. Судаков, Е.Ю. Хвостов, Г.В. Панфилов // Известия ТулГУ. Технические науки. - 2010. - Вып. З.-С. 127-133.

2. Судаков, П.В. Разложение специальных цилиндрических функций по степеням переменных аргументов при интегральном преобразовании Лапласа-Карсона / П.В Судаков, Г.В. Панфилов, C.B. Недошивин // Известия ТулГУ. Естественные науки. Тула: Изд-во ТулГУ. - 2012. - Вып. 1. -С. 130-140.

3. Судаков, П.В Анализ кинематических соотношений механизма подачи плоских круглых заготовок различного диаметра в штамп вырубки-пробивки / П.В. Судаков, Панфилов Г.В. // Известия ТулГУ. Технические науки. - Тула: Изд-во ТулГУ. - 2012. - Вып. 2. - С. 155-159.

4. Судаков, П.В. Обоснование алгоритма интегрирования напряжений вдоль граничных линий скольжения в осесимметричных задачах теории пластичности / П.В. Судаков, Г.В. Панфилов, C.B. Недошивин // Известия ТулГУ. Технические науки. — Тула: Изд-во ТулГУ. — 2012. - Вып. 2. — С. 160-166.

5. Судаков, П.В. Особенности проектирования универсального быст-ропереналаживаемого автоматизированного штампа для вырубки и пробивки кольцевых уплотнителей / Г.В. Панфилов II Известия ТулГУ. Технические науки. - Тула: Изд-во ТулГУ. 2013. Вып. 1. С. 89-94.

6. Судаков, П.В., Панфилов Г.В., Гаврилин И.А., Особенности аналитического построения полей линий скольжения в осесимметричных задачах теории пластичности / П.В. Судаков, Г.В. Панфилов, И.А. Гаврилин // Известия ТулГУ. Технические науки. - Тула: Изд-во ТулГУ. - 2013. - Вып. 1.-С. 94-103.

7. Пат. 2448826 РФ, МПК7 B23Q17/00. Способ регулирования параметров конструктивных элементов изготавливаемой штамповой оснастки /[Текст] Панфилов Г.В., Парамонов P.A., Хвостов Е.Ю., Судаков П.В.; заявитель и патентообладатель Тульск. гос. ун-т. - № 2010128795/02; заявл. 12.07.2010 ; опубл. 27.04.2012, Бюл. № 12. 13 с.

8. Пат. 103081 РФ, МПК7 B21D37/00. Сборный пуансон /[Текст] Г.В.

Панфилов, П.В. Судаков, A.B. Шуляков. Опубл. 27.03.11, Бюл. №9

9. Пат. 2422232 РФ, МПК7 B21D53/20. Способ изготовления сферических или конических или конических шайб высотой в 2 ... 2,5 раза превышающей высоту исходного материала / /[Текст] Панфилов Г.В., Панов A.A., Панфилов Р.Г., Судаков П.В. ; заявитель и патентообладатель ТулГУ - № 2009138410; заявл. 19.10.2009 ; опубл. 27.06.2011, Бюл. № 18 - 6 с.: ил

10. Пат. 2483823 Российская Федерация, МПК B21D 28/02 Способ вырубки деталей из листовых многослойных материалов с центральным металлическим слоем и наружными эластичными слоями /[Текст] Панфилов Г.В., Судаков П.В., Власов К.В.; заявитель и патентообладатель Тульск. гос. ун-т. -№2011143989/02 ; заявл. 01.11.2011 ; опубл. 10.06.2013, Бюл. № 16.

11. Пат. 2483824 Российская Федерация, МПК B21D 28/02 Способ вырубки деталей из листовых многослойных материалов с центральным металлическим слоем и наружными эластичными слоями /[Текст] Панфилов Г.В., Судаков П.В., Власов К.В.; заявитель и патентообладатель Тульск. гос. ун-т. -№2011143989/02 ; заявл. 01.11.2011 ; опубл. 10.06.2013, Бюл. № 16.

12. Судаков, П.В. Многофакторное экспериментальное исследование качества уплотнителей за счет клиновых выступов на инструменте и оснастке / П.В.Судаков // Матер. Междунар. конф. «Автоматизация: проблемы, идеи, решения (АПИР-15)». Тула: Изд-во ТулГУ, - 2010. - С. 50-55.

13. Судаков, П.В.Технология изготовления трехслойных уплотнителей на тонкой металлической основе / П.В. Судаков // Сб. тезисов Всероссийской НТК студентов и аспирантов «Современные технологии обработки металлов и средства их автоматизации» / Тула: ТулГУ, -2010. - С. 47-49.

14. Судаков, П.В. Штамповка трехслойных уплотнителей на тонкой металлической основе. / П.В.Судаков // XXXVI Гагаринские чтения. Международная молодежная научная конференция. Тезисы докладов. В 8-и томах. М.: МАТИ,-2010.-Том 1.-С. 311-313.

15. Судаков, П.В. Особенности технологии изготовления уплотнителей на тонкой металлической основе / П.В. Судаков // Сб. статей «Молодежный вестник политехнического института» Тула: Изд-во ТулГУ, — 2011. - С. 266-267.

16. Судаков, П.В. Изготовление трехслойных уплотнителей на тонкой металлической основе / П.В. Судаков// Сб. тезисов Всероссийской НТК студентов и аспирантов «Современные технологии обработки металлов и средства их автоматизации» / Тула: ТулГУ, -2011. -С. 27-29.

Подписано в печать f .0.2013.

Формат бумаги 60x84 . Бумага офсетная.

Усл. печ. л.1,1. Уч.-изд. л. 1,0.

Тираж 100 экз. Заказ Тульский государственный университет.

300600, г. Тула, просп. Ленина, 92.

Отпечатано в Издательстве ТулГУ.

300012, г. Тула, пр.Ленина, 97а.

Тульский государственный университет

На п

гравахру,

1кописи

0^201364708

СУДАКОВ ПАВЕЛ ВЛАДИМИРОВИЧ

изготовление многослойных уплотнителей на

металлической основе разделительными операциями

штамповки

Специальность 05.02.09 - Технологии и машины обработки давлением

диссертация

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель:

доктор технических наук профессор Панфилов Г.В.

Тула 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ 5

1. СОСТОЯНИЕ И ПРОБЛЕМЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ УПЛОТНИТЕЛЕЙ НА МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ОСНОВЕ.........................

1.1. ОБЗОР ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ И КОНСТРУКТИВНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ МНОГОСЛОЙНЫХ УПЛОТНИТЕЛЕЙ.....................

1.1.1. Варианты многослойных уплотннтельных элементов............... ^

1.1.2. Трехслойные кольцевые уплотнители.................................... ^

1.2. АНАЛИЗ ПОДХОДОВ К ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ УПЛОТНИТЕЛЕЙ НА МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ОСНОВЕ.................................................................................................

1.3. ВЫБОР МЕТОДА ТЕОРЕТИЧЕСКОГО АНАЛИЗА РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫХ ОПЕРАЦИЙ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ ТРЕХСЛОЙНЫХ УПЛОТНИТЕЛЕЙ.....................................................

1.3.1. Решение плоской задачи о вдавливании гладкого клинового инструмента в полуплоскость с образованием прямолинейного наплыва.................................................................................................................

1.3.2. Основные операционные соотношения для аналитического описания полей линий скольжения в технологических задачах обра-

29

боткн металлов давлением...........................................................

1.4. ЦЕЛЬ РАБОТЫ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ............................. 31

2. АНАЛИТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ПОЛЯ ЛИНИЙ СКОЛЬЖЕНИЯ, СХЕМАТИЗИРУЮЩЕГО ВДАВЛИВАНИЕ ГЛАДКОГО КОНУСНОГО ИНСТРУМЕНТА В ПОЛУПЛОСКОСТЬ С ОБРАЗОВАНИЕМ

ПРЯМОЛИНЕЙНОГО НАПЛЫВА.................................................

2.1. ВДАВЛИВАНИЕ ГЛАДКОГО КЛИНОВОГО ИНСТРУМЕНТА В ПОЛУПЛОСКОСТЬ С ОБРАЗОВАНИЕМ НАПЛЫВА С КРУГОВОЙ СВОБОДНОЙ ГРАНИЦЕЙ ПРИ РЕАЛИЗАЦИИ УСЛОВИЙ ПЛОСКОЙ

ДЕФОРМАЦИИ....................................................................................................................................................33

2.1.1. Принятые допущения при построении предлагаемой конструк- ^ ции поля линий скольжения........................................................

2.1.2. Определение радиусов кривизны линий скольжения................................36

2.1.3. Вывод условия несжимаемости вытесняемого материала....................37

2.1.4. Расчет геометрических параметров поля линий скольжения............38

2.1.4.1. Горизонтальная проекция поля линий скольжения..........................................38

2.1.4.2. Глубина внедрения клина............................................................................................................40

2.1.4.3. Длина линии контакта................................................................................................................42

2.1.4. Расчет напряжений и необходимых технологических сил............................42

2.2. ПРАВИЛА АНАЛИТИЧЕСКОГО ИНТЕГРИРОВАНИЯ ВДОЛЬ ГРАНИЧНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК....................................................................................................51

2.2.1. Приведение подынтегральных тригонометрических функций к виду, позволяющему произвести свертку оригиналов............................................51

2.2.2. Определение проекции длины отрезка характеристики..................................53

2.2.3. Определение проекции силы от нормальных и касательных напряжений, действующих вдоль граничных характеристик..................................54

2.2.4. Методика определения геометрических размеров и проекций

сил на участках пластической области......................................................................................61

2.2.5. Результирующие зависимости для определения геометрических размеров и проекций сил на участках пластической области............................65

2.3. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ........................................................................69

3. ОСОБЕННОСТИ РАЦИОНАЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ПЕРЕНАЛАЖИВАЕМЫХ ШТАМПОВ ДЛЯ МЕЛКОСЕРИЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА УПЛОТНИТЕЛЕЙ..........

3.1. РАЗРАБОТКА КИНЕМАТИЧЕСКИХ СООТНОШЕНИЙ ДЛЯ ПРОЕКТИРУЕМЫХ

ШТАМПОВ................................................................................

3.1.1. Расчет величины хода шибера............................................... ^4

3.1.2. Расчет положения переднего подающего торца шибера относи- ^ телыю оси загрузки заготовок при различных диаметрах заготовок....

3.1.3. Построение циклограммы перемещений подвижных механиз- ^ мов штампа...............................................................................

3.2.РАЗР АБОТКА КОНСТРУКЦИЙ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ПЕРЕНАЛАЖИВАЕМЫХ ШТАМПОВ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ УПЛОТНИТЕЛЕЙ........................................................................

3.2.1. Расчет геометрических размеров ловителя.............................. ^3

3.2.2. Модернизация автоматизированного штампа вырубки- ^ пробивки..................................................................................

3.2.3. Узел крепления пуансона.....................................................

3.2.4. Узел крепления матриц.......................................................

3.2.5. Механизм подачи заготовок................................................. ^7

3.2.6. Узел фиксации заготовок в зоне обработки и удаления деталей ^ и отхода....................................................................................

3.3. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.................................... 91

4. МНОГОФАКТОРНОЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ УПЛОТНИТЕЛЕЙ 93 ИНСТРУМЕНТОМ С КЛИНОВЫМИ ВЫСТУПАМИ..........................................

4.1. ПЛАНИРОВАНИЕ, ПОДГОТОВКА И ПРОВЕДЕНИЕ МНОГОФАКТОРНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА.......................................

4.2. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ МНОГОФАКТОРНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА.......................................................................

4.2.1. Оценка значимости коэффициентов регрессии........................ ^4

4.2.2. Проверка адекватности полученных моделей..........................

11?

4.2.3. Анализ полученных уравнений регрессии............................... 1УА

4.2.3.1. Выходной параметр у, при вырубке....................................... 1 \ 2

4.2.3.2. Выходной параметр у2 при вырубке....................................... \ \2

4.2.3.3. Выходной параметр у] при пробивке...................................... ИЗ

4.2.3.4. Выходной параметр у2 при пробивке...................................... \\4

4.3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ, РЕАЛИЗУЕМЫХ С ПРИМЕНЕНИЕМ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ БЫСТРОПЕРЕНАЛАЖИВАЕМЫХ ШТАМПОВ.................................

4.4. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.................................... 123

ЗАКЛЮЧЕНИЕ........................................................................... 127

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК................................................ 129

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. В настоящее время среди основных путей повышения эффективности производства особое внимание уделяется снижению трудоемкости и себестоимости изготовления продукции, а также повышению ее качества и улучшению эксплуатационных свойств. В различных отраслях промышленности, таких, как машиностроение, авиастроение, атомная энергетика, строительство нефтяных и газовых магистралей достаточно широко применяются многослойные пластиковые и комбинированные с металлом конструкции, в том числе и уплотнительные элементы различной конфигурации и назначения. В частности, значительный интерес представляют трехслойные уплотнители, у которых центральный слой выполнен из перфорированной нержавеющей стали, а крайние слои - из терморасширенного графита.

Терморасширенный графит, это экологически чистый материал, обладающий уникальными свойствами. Он химически инертен, стоек к радиации, обладает большой упругостью и высокой термостойкостью, пониженным коэффициентом трения и не подвержен старению.

Особую проблематичность вырубки-пробивки качественных деталей из данного многослойного материала вызывает невозможность применения жесткого прижима из-за эластичных наружных слоев. Это приводит к существенным дефектам изготавливаемых уплотнителей, таким, как изгиб центрального металлического слоя в зоне обработки, увеличенная величина эксцентриситета, а также косина внутреннего и наружного торцов. Анализ лите-

У

ратурных источников, патентные исследования и предварительные экспериментальные исследования показали, что повысить качество изготавливаемых уплотнителей можно использованием клиновых выступов на инструменте и оснастке, прокалывающих наружные эластичные слои и обеспечивающих жесткий прижим центрального металлического слоя.

В связи с изложенным, теоретическое обоснование новых способов и

технологических режимов изготовления трехслойных уплотнителей повышенного качества с центральным металлическим слоем и эластичными периферийными слоями, применяемых в изделиях и объектах ответственного назначения, является актуальной задачей.

Цель работы. Повышение эффективности разделительных операций штамповки многослойных уплотнителей с центральным металлическим слоем и эластичными периферийными слоями путем разработки новых способов изготовления, установления рациональных технологических режимов и совершенствования штамповой оснастки.

Для достижения указанной цели в работе были поставлены и решены следующие задачи исследований:

1. Усовершенствовать аналитический метод линий скольжения для условий плоского пластического течения деформируемого материала с установлением результирующих аналитических зависимостей, позволяющих рассчитать геометрические и силовые параметры типового исследуемого процесса обработки металлов давлением со значительным сокращением трудовых и временных затрат.

2. Определить рациональные силовые режимы разделительных операций штамповки инструментом с кольцевыми клиновыми выступами многослойных уплотнителей повышенного качества с центральным металлическим слоем теоретическим методом линий скольжения.

3. Развить и конкретизировать основные положения проектирования универсальных автоматизированных штампов для мелкосерийного многономенклатурного изготовления различных типоразмеров плоских кольцевых деталей.

4. Изучить влияние геометрических размеров инструмента с клиновыми кольцевыми выступами и технологических параметров процесса на качество изготовления трехслойных уплотнителей путем проведения планируемого многофакторного эксперимента.

5. Разработать базовый технологический процесс изготовления трех-

6

слойных кольцевых уплотнителей и конструкцию автоматизированного быс-тропереналаживаемого штампа для ее реализации, применительно к мелкосерийному многономенклатурному производству.

Объект исследования. Процессы вырубки-пробивки трехслойных уплотнителей с центральным металлическим слоем и эластичными периферийными слоями.

Предмет исследования. Установление геометрических и силовых зависимостей, позволяющих обеспечить качественное изготовление трехслойных уплотнителей.

Методы исследования. В теоретическом исследовании использован аналитический метод линий скольжения с применением интегрального преобразования Лапласа-Карсона (операционного исчисления), позволяющий получить компактные результирующие зависимости для расчета геометрических и силовых параметров процесса вдавливания гладкого клина в полуплоскость в условиях плоского деформированного состояния.

Данный метод также использован для разработки алгоритма установления полуфабрикатов результирующих зависимостей для основных геометрических и силовых параметров определенных вариантов участков пластических областей в задачах обработки металлов давлением.

Для установления рациональных геометрических размеров и формы клиновых выступов на рабочем инструменте вырубки-пробивки трехслойных уплотнителей использованы элементы теории подобия и моделирования и основные положения планируемого многофакторного натурального эксперимента.

Положения, выносимые на защиту:

- Результаты аналитического описания методом линий скольжения разработанного модельного процесса вдавливания гладкого клина в полуплоскость с образованием наплыва со свободной пластической границей в форме дуги окружности, позволившего уточнить силовые параметры процесса.

- Установленные кинематические соотношения функционирования

7

подвижных механизмов автоматизированных быстропереналаживаемых штампов для изготовления трехслойных уплотнителей, обеспечивающие возможность рационального проектирование конструкций этих штампов для условий мелкосерийного многономенклатурного производства.

- Результаты многофакторных экспериментальных исследований и соответствующие регрессионные модели влияния геометрических параметров инструмента и технологических параметров процесса на качество изготавливаемых уплотнителей, положенные в основу разработки новых способов получения указанных деталей.

Научная новизна. Установлены и аналитически описаны закономерности формирования и развития пластической области при вдавливании клинового инструмента в полуплоскость с образованием наплыва с круговым профилем свободной границы; выведены интегральные аналитические зависимости, позволяющие без трудоемких математических преобразований исследовать конструкции полей линий скольжения, схематизирующих участки пластических областей, примыкающих к осям симметрии, свободным границам и гладкому инструменту в различных задачах плоской теории пластичности.

Практическая значимость. Результаты теоретических и экспериментальных исследований, в том числе: установленные силовые режимы разделительных операций и регрессионные модели регулирования качества конструктивных элементов уплотнителей позволили сформулировать практические рекомендации по проектированию двухоперационных технологических процессов вырубки-пробивки и разработке конструктивных вариантов штампов для реализации предлагаемой технологии в условиях мелкосерийного многономенклатурного производства; рациональные геометрические размеры клиновых выступов на инструменте и прижиме-съемнике для изготовления особых трехслойных уплотнителей с центральным металлическим слоем и периферийными эластичными слоями.

Реализация работы. На основе результатов комплекса проведенных

8

исследований, конструкторско-технологических разработок и полученных практических рекомендаций усовершенствованы технологические процессы изготовления ряда конструктивных вариантов трехслойных уплотнителей различного назначения. Результаты исследований использованы на предприятии ОАО «Гравионикс» (г. Климовск Московской обл.) и в учебном процессе при подготовке магистров по направлениям: 150700 « Машиностроение» и 151000 «Технологические машины и оборудование». Апробация работы.

Результаты исследований доложены на: Международной молодежной научной конференции «XXXVI Гагаринские чтения»; Международной конференции «Автоматизация: проблемы, идеи, решения» (Тула: ТулГУ, 2010); Всероссийской НТК студентов и аспирантов «Современные технологии обработки металлов и средства их автоматизации» (Тула: ТулГУ, 2010 и 2011); ежегодных магистерских конференциях ТулГУ и НТК профессорско-преподавательского состава каф. МПФ; на основе конкурсного отбора, соискатель удостоен персональной аспирантской стипендии Президента РФ в 2012 г. за комплекс работ по усовершенствованию технологии изготовления уникальных уплотнителей.

Публикации. Материалы проведенных исследований отражены в 6 статьях, в изданиях рекомендуемых ВАК для опубликования материалов диссертационных работ, 5 статьях и тезисах докладов на научно-технических конференциях различного уровня, 5 патентах на изобретения и полезные модели.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения и четырех разделов, заключения, списка использованных источников из 97 наименований, и включает 115 страниц машинописного текста, 68 рисунков, 24 таблицы.

В первом разделе проведен обзор области применения существующих трехслойных материалов и уплотнительных конструкций из них. Выполнен анализ подходов к исследованию разделительных операций при изготовле-

9

нии трехслойных уплотнителей.

Проведен обзор работ по развитию аналитического метода линий скольжения применительно к условиям плоского деформированного состояния. Сформулированы задачи исследования и установлены требования для проектируемого штампа в условиях мелкосерийного многономенклатурного производства трехслойных уплотнителей.

Поскольку клиновые выступы на инструменте являются весьма хрупкими конструктивными элементами, то установление уточненных значений контактных давлений и величины интегральной силы, воспринимаемой клиньями, является весьма актуальным. В связи с этим, аналитическим методом линий скольжения решена задача о вдавливании гладкого клина в жест-копластическую полуплоскость с образованием наплыва со свободной границей в форме дуги окружности.

Свое развитие данный метод получил в работах Генки, X. Гейрингер, В.В. Соколовского, A.A. Ильюшина, А.Ю. Ишлинского, Д.Д. Ивлева, А.Д. Томленова, JI.M. Качанова, J1.A. Шофмана. Математический аппарат аналитического метода был заложен Р. Хиллом и развит в работах Б.А. Друянова, А.З. Журавлева, К.Н. Шевченко, И.П. Ренне, Г.В. Панфилова и других.

Во втором разделе выявлено, что в исследованиях процессов вдавливания клинового инструмента известно решение Р. Хилла в предположении о прямолинейной свободной границе образующегося наплыва. Однако анализ экспе�