автореферат диссертации по , 05.00.00, диссертация на тему:Минимизация смещения осевой зоны слитка (заготовки) при протяжке в комбинированных бойках

□03481063

Минимизация смещения осевой зоны слитка (заготовки) при протяжке в комбинированных бойках

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 2009

003481863

Работа выполнена на кафедре «Высокоэнергетические устройств автоматических систем» ГОУ ВПО «Балтийский государственный технический университет им. Д.Ф.Устинова «Военмех»»

Научный руководитель - кандидат технических наук, доцент Панкратов Игорь Николаевич

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Рыбин Юрий Иванович

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Чашников Дмитрий Иванович

Ведущая организация - ЗАО «Кузнечно-механический завод Ижора - Металл»

Защита состоится 17 ноября 2009 г. в 1$ ч. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.229.19 в ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет» по адресу: 195251, Санкт-Петербург ул. Политехническая, 29, лабораторно-аудиторной корпус, аудитория кафедры МиТОМД.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет»

Автореферат разослан 10 OKI 2009

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор технических наук, профессор

Востров В.Н.

Актуальность проблемы: повышение качества поковок при протяжке в комбинированных бойках связано с уменьшением смещения осевой зоны слитка, при котором дефектная зона сдвигается из его осевой области в периферийные слои заготовки, сникая тем самым качество изделия.

Цель работы - повышение качества поковок за счет обеспечения максимального приближения осевой зоны слитка к геометрической оси заготовки при протяжке в комбинированных бойках

Содержание поставленных задач:

• Классификация и анализ влияния параметров процесса ковки на качество изделия.

• Разработка математической модели процесса ковки при протяжке в комбинированных бойках.

• Экспериментальное исследование параметров протяжки, для выявления рациональных режимов обработки в комбинированных бойках.

• Разработка технологических рекомендаций, обеспечивающих максимальное приближение осевой зоны слитка к геометрической оси заготовки при протяжке в комбинированных бойках, реализующих на практике математическую модель рационального процесса ковки.

Объект исследования: ковка (протяжка) слитков и предварительно деформированных заготовок;

Предмет исследования: смещение осевой зоны слитка (заготовки) при протяжке в комбинированных бойках;

Базовые методологические научные работы Рудского А.И., Лунева В.А. Назарьяна В.А., Панкратова И.Н., В.Н.Трубина, МЛ. Дзугутова, Охрименко Я.М., Семенова Е.И., В.Н.Ефимова, Дененберга Н.П., Плешанова

B.В., Березкина В.Г., Иванушкина П.Ф., Каргина Б.С., Булгакова Б.С., Вайсбурда P.A., Мусхелишвшш H.Ii., Тюрина В.А. Рыбина Ю.И., Григорьева А.К., Унксова Е.П., Смирнова B.C., Мигачева Б.А., Смирнова Г.А., Тарновского И .Я., Павлова H.H., Сторожева М.В., Попова Е.А., Губкина

C.И., Иванова K.M.;

Избранные методы исследования: Вариационное исчисление, моделирование процесса формообразования при протяжке в комбинированных бойках на заготовках из свинца, пластилина и стали, а также с помощью геометрического моделирования, Kai: части математического моделирования.

Результаты, выносимые на защиту:

1. Разработка математической модели процесса ковки при протяжке в комбинированных бойках.

2. Геометрическое моделирование протяжки круглой заготовки в комбинированных бойках.

Научная значимость результатов - разработана научно-обоснованная методика проектирования технологии ковки слитков и круглых заготовок в комбинированных бойках, позволяющая на основе математических моделей, на стадии разработки осуществить выбор технологических режимов, обеспечивающих минимальное смещение осевой зоны. На новый способ

протяжки в комбинированных бойках получено положительное решение ФГУ ФИПС на выдачу патента.

Практическая значимость результатов - на основании теоретических и экспериментальных исследований установлены режимы проведения процесса протяжки в комбинированных бойках, обеспечивающие высокое качество изделия.

Опубликованные работы и апробация результатов: Основное содержание диссертации опубликовано в 17 работах, подано заявление на выдачу патента (№2007149622(054442) от 27.12.2007) и получено на него положительное решение.

Результаты исследований доложены и обсуждены: на конференции молодых специалистов ЦНИИ «Прометей!» 1985г. Ленинград; на конференции «Прогрессивные технологии, оборудование и организация заготовительного производства» 1990 г. Краматорск; на заседании кафедры «Пластическая обработка металлов и сплавов» ЛПИ им.М.И.Калинина 1991г. Ленинград; на заседании кафедры «Высокознергетические устройства автоматических систем» Балтийского государственного технического университета им. Д.Ф.Устинова (ВОЕНМЕХ) 2008г.; на VIII Конгрессе «Кузнец-2008»: Состояние, проблемы и перспективы развития кузнечно-прессового машиностроения, кузнечно-штамновочного производства и обработки металлов давлением - основы машиностроительного комплекса и национальной безопасности России. 2008г.

Структура и объем диссертации: Диссертация состоит из введения, четырех глав, списка литературы и одиннадцати приложений. Работа изложена на 247 страницах машинописного текста, содержит 332 рисунка, 16 таблиц и список литературы из 116 наименований.

Введение

1. Классификация и анализ влияния параметров процесса ковки на качество изделия.

1. Уровень технологической подготовки операций ковки, по сравнению с другими процессами обработки металлов давлением, несовершенен, из-за чего страдает качество, например, смещение местонахождения осевой зоны поковки по сравнению с местонахождением осевой зоны слитка (заготовки);

2. Имеется обширный ряд разработок, позволяющих производить расчеты технологии ковки пластин на плоских бойках, температурного режима ковки, режима обжатий при протяжке в комбинированных бойках, но они не используются в должной мерс при выполнении технологической подготовки процесса ковки;

3. При протяжке комбинированными бойками наиболее равномерная по сечению заготовки проработка достигается при больших степенях обжатия за проход, порядка 18...25%. Наименьшая по величине и наиболее равномерная деформация имеет место при ковке в бойках с углом выреза 90°. С увеличением угла выреза бойков величина деформации, а также ее неравномерность растут. Уменьшение величины обжатия вызывает снижение интенсивности деформаций в осевой зоне. Применяемые для протяжки заготовок больших сечений вырезные бойки

с углом выреза 120° и 135° при небольших степенях обжатия проковывают только поверхностные слои заготовки.;

4. При увеличении подачи при одной и той же степени деформации вытяжка уменьшается, особенно это заметно при больших углах выреза бойка. При относительных подачах 0,3-•-0,4 вытяжка максимальна, но при таких подачах степень неравномерности распределения деформаций значительна. При увеличении подачи проработка осевой зоны поковки улучшается и при относительной подаче 0,6 достигает оптимального значения, которое с увеличением относительной подачи до 0,9 практически не изменяется;

5. Величина угла выреза существенно влияет на интенсивность вытяжки, с его увеличением от 90 до 180° интенсивность протяжки уменьшается в четыре раза в вырезных бойках и в два раза в комбинированных, с увеличением относительной подачи от 0,3 до 1,5 степень удлинения уменьшается;

6. Коэффициент уширения одинаков для всех видов бойков при обжатии после кантовки на 90° и не зависит от угла выреза бойка;

7. При протяжке в комбинированных бойках максимальная деформация наблюдается не в осевой зоне, а в слоях между поверхностью и осевой зоной ( Применение угла выреза нижнего бойка 120° слабо изменяет характер течения осевой зоны по сравнению с обжатием в плоских бойках). Это приводит к увеличению неравномерности деформации по сечению, к менее благоприятному напряженно-деформированному состоянию в осевой зоне заготовки и к увеличению числа нажимов пресса по сравнению с ковкой в вырезных бойках для достижения той же деформационной проработки металла по сечению;

8. Зависимости смещения оси поковки от центра (Кх - расстояние между геометрическим центром исходной заготовки и центром окружности, вписанной в полученный после прохода многоугольник (X) относительно начального диаметра поковки в проходе (D0)):

Кх = 10"3 ( 2.14 - 2.88у + 5.27а + 8.3^ - 0.024а2 - 0.248) - угла смещения оси (С1 - образуется между осью, перпендикулярной плоскости первого обжатия в проходе, и отрезком, связывающим центры исходной и полученной окружностей): £2 = О.бЗбу +46б§ - 0,128 оу- 0.0018 ау-164^2 -231 Кх = 52.97 - 0.84 yxf + 0.53-10~V П = -0.034 - 0.038у + 0,47у - О.ОЗа^ получены авторами этих работ на основании полного факторного эксперимента выполненного на свинцовых образцах;

9. Указанные регрессионные уравнения имеют очень малую значимость, порядка 4%, кроме всего прочего это означает то, что план эксперимента был разработан, не захватывая всех возможных значений увода, поскольку существуют свидетельства, когда поковку валка прокатного стана браковали из-за выхода на поверхность шейки дефектов усадочного происхождения;

10. Смещение оси происходит при первых двух нажатиях пресса, дальнейшие обжатия не оказывают существенного влияния на этот процесс;

11. Нажатия пресса должны быть неравномерны по периметру обжимаемой части заготовки. Этот тезис несет в себе существенное рациональное зерно, однако его практическая ценность очень сильно занижена неконкретностью предлагаемых значений обжатий. Если суммировать это и предыдущее высказывание то получается, что, отрегулировав величину первых двух нажатий, автоматически выполнится обсуждаемое требование;

12. Режим кантовки заготовки должен составляться таким образом, чтобы смещение оси на последующем этапе протяжки было противоположно смещению на предыдущем этапе. Из этого следует, что по предлагаемому режиму кантовок это может быть такой режим, при котором нажатия пресса должны воздействовать на заготовку с диаметрально противоположных направлений. Что в свою очередь предполагает равенство угла кантовок 45, 60 и 90°.

13. При больших обжатиях кантовка на угол в пределах 55...70° затруднена из-за неустойчивого положения поковки в бойках уже после третьего нажатия прессом. Поскольку из предыдущего высказывания ясно, что требуемый для кантовки угол попадает в данный диапазон, то для устойчивого ведения процесса протяжки обжатия должны быть небольшими;

14. Существует мнение, что в расчетах следует использовать величину полуразности между диаметром поковки начальным для прохода и конечным для него. Логика в этом есть, поскольку данное высказывание базируется на простейших геометрических соображениях, т.е указывается место (координата) где должен начинаться на поковке последующий диаметр. Однако не приводится дальнейших рекомендаций, каким образом произвести расчет обжатий;

15.Причиной смещения осевой зоны в поковках могут быть:

- неравномерный прогрев по сечению;

- неравномерные обжатия по «кольцу»;

- геометрическое смещение цапфы при ее закатке из прибыли или

донной части на первых же операциях ковки.

2. Разработка математической модели процесса ковки при протяжке в комбинированных бойках.

Решения задачи поперечной осадки круглой заготовки в комбинированных бойках

Описание неравномерности деформации между бойками различной конфигурации сопряжено с трудностями, поэтому при его выполнении сделаны следующие допущения:

- металл равномерно прогрет, т.е сопротивление деформации по всему сечению одинаково;

- относительная подача равна 0,6 и уширение отсутствует;

- цапфа закатана равномерно;

- бойки прогреты.

Для нахождения решения этой задачи воспользуемся методом аналогий,

т.е произведем замену величин в других решениях идентичными по

физическому смыслу.

Мощность, требуемая для деформации заготовки равна

N. = /V,- + + 2Ит (1)

Мощность внутренних сил, требуемая для деформации тела, имеющего

определенный объем, инвариантна по отношению расположения

прилагаемых сил. Воспользовавшись выводами, приведенными ниже и

заменив переменные, получим

АГ, = 2(а/3'л )У0ж1^1{1 + [4/5 + 'Л (уЖ)2]а2}'/2Ж (2)

Мощность поверхностных сил, действующих со стороны верхнего бойка

равна / в2

ЛГ„ = Iик Уск (1Р = Цр (а/З* )(У0Ж )у г ¿в<1у =\ ¡и (<7/3'л )(У0Ж)у г Мс1у г г от

тв = И (а/3'л )(У0/Щ12/2) г (в, - в2) (3)

Мощность поверхностных сил, действующих со стороны нижнего бойка равна ш

ЛГИ =21 к V« = 2\ \р (а/3'л )(У0 Ж )у г йвйу =2 \ (и (а7/3'л )(У0 Ж)у г <1вс1у

Р Г 0 03

^ = 2 ц (а/3'2 ){У0Ж)(12/2) г (в3- в4) (4)

Подставив (2), (3) и (4) в (1) выражение мощности будет иметь вид Ир = 2(а1/3'л )У0 ттЯ2! {1 + [4/5 + % (уЖ)2]а2}*Ж +2 ц (сг1/3'л )(У0Ж)(12/2) г (в3 -04)+ц (аУЗ'л )(У0Ж)(12/2) г (в, - в2) (5)

Произведя замену мощности и других величин идентичными им по физической сути получим формулу для вычисления усилия при протяжке в комбинированных бойках. Вид данной формулы не противоречит виду формулы

где О о - диаметр заготовки, мм; - фактор трения; I - величина подачи.

Также интересует соотношение длин контакта деформируемого металла с верхним и нижним бойком. Для его определения воспользуемся тем, что мощности поверхностных сил действующих со стороны верхнего и нижнего бойков должны быть равны, так как в противном случае, ковка будет затруднена из-за изгиба заготовки в ту или иную сторону. Для упрощения выводов и следуя ранее принятому допущению о незначительности уширения (а= 0), данное равенство, возможно, представить следующим образом: М„ = 2Ыта

Видим, что для выполнения условия равновесия необходимо и достаточно, чтобы выполнялось условие (в1 - в2) =1{в3-в4) Разработка теоретического решения о неоднородной осадке осесимметричного тела умеренной высоты

Вышеприведенные математические выводы основаны на приведенном далее решении.

Рассмотрим процесс неоднородной деформации осесимметричного тела умеренной высоты между плоскопараллельными плитами. Деформация такого цилиндра - наиболее простой случай с точки зрения математического описания процесса.

Воспользуемся вариационным исчислением, а именно, свойством поля скоростей деформации.

Принимаем, что материал цилиндра жесткопластический. Тогда действительная форма равновесия жесткопластического тела отличается от всех возможных форм тем, что сообщает минимальное значение полной мощности, затраченной на деформацию т.е

5(NP) = О

В результате проделанных исследований было получено следующее выражение полной мощности деформации

ViNp = nr2h о7/3'/г V0 /h [{ 1 + [4/5 + '/2 (r/h)2]a2}l/4 + '/з ц [1 -2a] r/h] (6) где a - коэффициент неоднородности деформации а = [(п - 1)/3]ц(г/Ь)/{[с + m(r/h)2][c + [m - (n - I)2 ц2/9](г/h)2] где п = 4.95 ln(r/h) + 8/415 - показатель степени полинома; с = n2/[2(n-l) + 1] - 1; ш = [n(n — I)]2/ 24[2(п - 1) - 1]

Произведем проверку сходимости полученного решения об осадке осесимметричного тела умеренной высоты энергетическим методом.

Для этого решим уравнение (6) относительно а. В левой его части произведем замену мощности на ее эквивалент - отношение работы деформации ко времени. Работу деформации получим из графика зависимости «усилие - перемещение», вычислив площадь под кривой, при осадке медной заготовки диаметром 50 мм и высотой 75 мм до высоты 46.5 мм на испытательной машине «Shenk» усилием 1 МН. Работа деформации указанного цилиндра равна 0.016957 МН м. В правой части уравнения (6) произведем замену скорости движения рабочего инструмента на отношение абсолютного обжатия ко времени.

Величина о находится из формулы о = 2/3 (ак + Vi ан) где ок и ст„ - конечное и начальное сопротивление деформации

Величину сопротивления деформации при осадке цилиндрической заготовки можно принять равной величине интенсивности напряжений, вызывающей пластическую деформацию, значение которой, с учетом деформационного упрочнения, определяется по формуле о = в + н Ins;

где Е; - интенсивность деформации; вин- коэффициенты, величина которых может быть определена в результате обработки кривой усилие - деформация, полученной при испытании на разрыв стандартных образцов, и измерения их диаметров в зоне устойчивой деформации.

Зависимость строится в координатах о - Ins по двум точкам, выявленным при испытаниях на растяжение стандартных образцов из материала цилиндрических заготовок.

Первая точка, характеризующая начало пластической деформации, определяется координатами

сн = 4РН Inda 1леи = In 0.002

где Рн - усилие, зафиксированное на кривой, снятой на разрывной машине при степени деформации, равной 0.002; dH - начальный диаметр стандартного образца на растяжение.

Вторая точка, характеризующая начало потери устойчивости деформации, определяется координатами

<тк = 4РК Шк2 lneK= In [1 - (dK/d„)2]

где Рк - наибольшее усилие, зафиксированное при испытании образца на разрыв; dK - средний диаметр образца после испытания на растяжение, измеренный в зоне устойчивой деформации, которая расположена примерно посередине между головкой образца и шейкой.

Коэффициенты вин определялись с помощью метода наименьших квадратов.

При анализе результатов механических испытаний на растяжение материала первой партии заготовок выявлена следующая зависимость а = 353 + 37.2 lnsj

В результате подстановки всех перечисленных выше данных получено трансцендентное уравнение вида

0,99 = (1+0,97а2 )0'5-0.07а

Указанное уравнение было решено методом проб.

Коэффициент неоднородности деформации полученный из решения уравнения а равен 0.14. Используя формулы, вычислим диаметр заготовки после деформации

d = 2- 25 •1,6105(1+014) = 65.66 мм

Экспериментально полученный диаметр заготовки равен: 65,7 мм. Разница между расчетными и экспериментальными значениями диаметров заготовки после осадки составила 0.05%, что говорит о хорошей сходимости.

Была проведена проверка указанного выражения путем сравнения работы деформации цилиндрических заготовок из меди N11 диаметром 38 мм и высотой 11.4, 26.6, 38.0, 45.6 и 57 мм полученной экспериментальным и расчетным путем. Результаты приведены в таблице 1.

Таблица 1

Проверка решения с помощью энергетического метода

№ п/п do ho 4 5 ДЬ мм А МН/м п а МН/м2 а А МН/м d мм о. ;< < ^ о. <

1 38 11,4 1,67 4,40 0,0026397 10,9 241,6 0,09 0,0026667 49 1,01

2 38 26,6 0,71 13,4 0,0075456 6,75 247,0 0,06 0,0077640 55 2,82

3 38 38,0 0,50 15,0 0,0073050 4,98 242,1 0,11 0,0073014 50 0,05

4 38 45,6 0,42 20,5 0,0102160 4,07 244,7 0,13 0,0108430 53 5,78

5 38 57,0 0,33 25,1 0,0122930 2,97 244,3 0,14 0,0122260 52 0,54

Дисперсия (Б2): 82рас, = 0,0000131; 82эксп = 0,0000118

Однородность дисперсий Б2 проверяли по критерию Фишера Б:

Б = Б2! < Рта6л

Тогда Б = 82Расч/82эксп = 1,11 при Рта6л = 3, т.е результаты статистически одинаковы.

Разница между расчетными и экспериментальными значениями не превышает 6%, что свидетельствует о хорошей сходимости.

Вышеприведенные математические выводы и их экспериментальная проверка показывают, что они могут послужить основой для преодоления трудностей описания процессов, происходящих при других видах деформирования заготовок.

Расчет формоизменения круглой заготовки при протяжке в комбинированных бойках с помощью смешенных объемов металла

Рассмотрим схему деформации после первого обжатия за проход при ковке в комбинированных бойках. Для упрощения пренебрежем уширением заготовки. Тогда рассматриваемая схема деформации представлена на рис. 1.

Ре

Рис. 1 Схема положения заготовки(ее сечения посередине подачи) в комбинированных бойках после первого обжатия

Величина относительного обжатия (Н), полученная из геометрических соотношений, равна:

Н = Дк/2 + Д/25ш(О/2), где Дк - конечный диаметр; Д - текущий диаметр, т.е диаметр изменяющийся после каждого обжатия, поскольку уменьшается площадь поперечного сечения.

Для нахождения значения Д рассмотрим силы, действующие на заготовку при ковке в комбинированных бойках:

Рв = 2Р„ 5т(аУ2), Я Б, 1П = 2 я Б,, 1„ «11(0/2), 5В = 2 Бн 5111(0/2),

где Рв, Р„ - силы, действующие на заготовку со стороны верхнего и нижнего бойков соответственно; Б,, Б,, - линия контакта поперечного сечения заготовки с верхним и нижним бойком; q - удельное давление металла на бойки; 1п -величина подачи.

8ви 5Н определяются из геометрических соотношений (рис. 1)

Бв = (До2 - Дк2)Уг ; Зн=( До2-Д2)1/2

Путем математических преобразований получаем значение Д: Д = (До2(45т2(о/2)-1)+Дк2)'/2 /25т(о/2),

Тогда

Н = Д./2 + (До2 (4зт2(а/2)-1) + Дк2) й / 45т(а/2),

Но с другой стороны, кроме изменения величины Н в процессе протяжки изменяется площадь поперечного сечения (Р) заготовки, которая равна:

где Бо -начальная площадь заготовки; f в- площадь отсеченная отрезком АВ; ^ -площадь отсеченная отрезком 1ЧМ.

Используя тригонометрические зависимости, найдем значения указанных площадей (рис.1):

£ „ = 0.5 п До2 агссоэСД/ДоУгл - 1Л tg (агссо5(Дк/До)) Дк2 £„ = 0.5 л До2 агссо5(Д/До)/2тг - И(агссо$(Д/До)) Д2 Ро= 0.25 к До2

Тогда

Б = 0.25 тс До2 (1 - 2агссо5(Дк/Д0)/2л - агссо8(Д/Д)/2я) +'А tg (агссовОУДо) Дк2 + '/2(агссоя(Д/До)) Д2

Вычислив площадь поперечного сечения заготовки после первого обжатия, принимаем приведенный диаметр заготовки равный среднему значению между диаметром окружности равновеликой площади поперечного сечения обжатой заготовки и окончательным диаметром:

Д = (4 И/я )'/г,

где Д - диаметр окружности равновеликой площади поперечного сечения обжатой заготовки.

Дпр = (Д + АУ2

При определении величины Н и Р на втором и последующих ходах пресса в формулы необходимо подставлять значения Д„р. Такой расчет требуется производить для каждого хода пресса, получая при этом значение величины относительного обжатия на каждом ходу пресса.

Алгоритм представленной методики изображен на рис.2

Рис.2 Алгоритм расчета обжатий при протяжке в комбинированных бойках

Как видно из данной методики реализуемый таким образом процесс протяжки в комбинированных бойках имеет большое сходство с процессом поперечной прокатки с первоначальным обжатием. Следовательно,

заготовки, прокованные по предлагаемой методике, должны иметь совпадение осей до и после деформации.

3. Экспериментальное исследование параметров протяжки, для выявления рациональных режимов обработки в комбинированных бойках.

Принципы расчета проверены обжатием трубы размером 95x27,5 мм из стали 30Х2Н2МФА-Ш в комбинированных бойках с углом выреза нижнего бойка 110° и глубиной выреза 32 мм установленных на трубогибе, нагретой в печи БШЬ 40/1180 до 1100±10°С до размера 80 мм. По расчету высота Н в конце обжатия должна быть 94,8 мм.

Проверка представленного решения задачи по оптимизации смещаемых объемов металла при протяжке заготовок в комбинированных бойках была также проведена с помощью моделирования этого процесса, где в качестве моделирующих материалов применялись свинец и пластилин. В первом случае процесс оценивался количественно, во втором - качественно, а также с помощью геометрического моделирования, которое является частью математического моделирования, поскольку его производят путем изучения процесса на моделях другой физической природы. Суть состоит в следующем.

Допустим, что процесс протяжки организован так, что весь металл, вытесняемый при обжатии из очага деформации, идет на удлинение заготовки, т.е уширение отсутствует. Тогда геометрический очаг деформации, возможно, представить, отсекая площади поперечного сечения заготовки, находящиеся вне линий изображающих границы деформирующих поверхностей бойков. Геометрический центр протягиваемой заготовки будет находиться в центре вписываемой окружности в фигуру, полученную после предыдущего обжатия. Кроме этого предполагаем выполнение гипотезы плоских сечений, т.е прямые линии, проходящие через перпендикуляры к плоскому верхнему бойку, остаются прямыми и после деформации. Данный способ моделирования реализуем в рамках САПР «КОМПАС - ЗБ».

Обмер осаженной в комбинированных бойках поковки из стали 30Х2Н2МФА-Ш с помощью электронного штангенциркуля показал, что расстояние от плоскости первого нажатия до середины сечения поковки равно 40 мм.

Деформирование заготовок производилось на основании значений, полученных в ходе расчета по разработанному алгоритму. Результаты расчетов показаны в таблице 2, совместно с результатами, полученными в ходе деформирования свинцовых заготовок.

Анализируя полученные результаты хорошо видно, что в случае протяжки по разработанному режиму характер формоизменения имеет равномерный плавный переход от исходного к конечному значению, в отличие от скачкообразного, трудно предсказуемого характера формоизменения при протяжке по традиционной схеме. Следует также отметить, что число ходов пресса, требуемое для получения заданного сечения, годного для выполнения

проглаживания, при ковке по разработанному режиму меньше, чем при ковке по традиционной схеме.

При этом необходимо учесть, что соотношение исходного и конечного диаметров в первом случае больше, чем-то которое обычно принимается на практике, а смещение оси поковки при этом отсутствует, что означает улучшение качества полученной поковки при протяжке по разработанному режиму.

Образцы из пластилина деформировали в соответствии с описанной выше методикой в комбинированных бойках с углами выреза нижнего бойка 90°, 105°, 120° и 135° за два прохода с относительным обжатием за проход до 1,22. __Таблица 2

Расчетные а экспериментальные данные (Вв» 50 мм.угол выреза нижнего бойка 105°, материал адготовки-сшшец)

С учеидм аилчагж* Л1« кажлам ходу пресса

;г*»С1Л гагозым Н :

ДЛЗ^-1.15 ол-у

Эксперимент расчсг эгслеримеяг

Н мм Р ымг № р мм р Р Р мм1 №. 4м № ср-в 11 мм Р гл~ р мм Р Р р мм' Р/Р-ет^е Р»>Г ср-с Р Р'Ри !■ мм1 ГУГ а ДО

51.70 1883 1.04 №. 1840 160 1820 1,23 1.06 50.38 1848 1М (56 1840 151 1780 ио 1,07 150 1.15 1720 1,14 зл 0,060

50,71 1650 1,19 151 171» 135 1720 1,16 1.13 48.42 1567 1,25 150 1700 147 1700 1.15 1,15 149 1,15 1580 1Д4 1.8 0.036

49,6'Г 1563 1 14« 1610 150 1640 1,13 ио 47,68 1455 1,35 146 ШО 141 1540 1,12 1Д6 142 1.09 1540 1Д7 2^5 0.050

«.37 1521 1,29 143 1333 14? 1565 1.10 1,26 47.37 14« 1.40 141 1460 140 1430 1ДЖ 1,35 141 13)8 1520 1,29 2Л 11,ЫО

4925 1 -ОЛ 1,31 140 1315 138 15(10 1.06 ио 47,23 1353 1,45 136 1420 138 13«0 1,05 1.40 140 1.07 14« Р4 1,9 0,038

«ДО 1413 из 139 1500 137 14М 1.04 1Л 47,16 1173 1,44 134 13Р0 135 1380 1,04 Ы2 137 1,05 1450 1,35 2,0 0,040

49,17 1488 иг 137 1480 136 1480 12)3 иг 47.13 1368 1.43 134 1380 134 1370 1.02 1,43 135 1,04 1420 1,38 2.1 0,<Н2

49,16 14*« 1,33 136 1470 136 1475 1Д2 1,33 134 1,03 1420 1,39 ад 0.040

132 1,02 1400 1.40 м 0.(156

132 1.02 1400 1,'0 0,038

2 Дисперсия (Б*): 82и5рас,,=18859^ 81и5экспд=210232; 82,,15эксп,2=16777; 8 1,2Расч=71540; Б 1,2Эюп,уч=99521; Б 1,2эксп,уч=82596; Б 1,2эксп,буч =72569; Однородность дисперсий Б2 проверяли по критерию Фишера Б:

И = 5 1 /Б 2 < Ргабл

Тогда

1*1,15,1 = 5 1,15эксп,1^ 1Д5расч = 1,12; р1,И,2 = 5 1Д5эксп,2^8 1,15расч = 0.89; ^1,15,1/2 = 8 1,15эксп,1^8 1,15эксп,2 = 1.25 При Бтабл = 4

1*1,2,2уч = ^12расч/^ ],2эк:сп,2уч ~ 0,87; р1,2,буч = 8 1^2расч/8 1,2эксп,буч = 0,99;

р1,2,|уч = ^ 1,2эксп,1уч/8 1,2{>асч= 1,39; р1,2,тУч = 3 1,2эксп,1^/8 1,2зксп2уч = 1.21; р!,2,1уч/буч 8 1,2эксп,1уч^ 1,2э1;сл,буч = 1.08; р1,2,2уч/буч = 8 1,2эксп,2уч/8 1,2эксп,буч = 1.14;

при Рха6л = 4,3, т.е результаты статистически одинаковы.

На основании данных исследований, возможно, сказать, что при протяжке заготовки по режиму обжатий выполненного на основании представленного выше алгоритма увод оси минимизирован. Также необходимо заметить, что данные соотношения для различных углов выреза нижнего бойка выполняются в следующих пределах: при а = 90° до значений отношения диаметра заготовки к диаметру поковки равного 1,22; при а = 105° -1,19...1,2; при а = 120° - 1.18; при а= 135° - 1.16. Поскольку указанные величины получены на основании моделирования, при котором могли быть не учтены (либо восприняты не в полной мере) какие-то факторы, то, для учета различных рисков, следует рекомендовать их уменьшение на 1.05, т.е

при а = 90° до значений отношении диаметра заготовки к диаметру поковки равного 1,17; при а = 105° - 1,14... 1,15; при а = 120°- 1.13; при а= 135°-1.11.

Рассматривая представленные результаты геометрического моделирования и анализируя полученные контура (рис.3) можно сделать вывод о том, что их вид очень схож с видом контуров, описанных в соответствующей технической литературе, но для получения тех контуров потребовались большие затраты различных ресурсов в том числе материальных.

• 1 * % /J) S3 / ' - )

б / / i i— ■ А>

в / х (.....«■*■■■) - i U-- Ч"/ ........./"TV \ \/

1 <>■* {

г ! .............!' \ V о \ / S

\ 7

Рис.3 Моделирование протяжки круглой заготовки с 050 мм на 042 мм в комбинированных бойках (масштаб различный): а), угол выреза 120°, без учета обжатия на каждом ходу пресса по режиму; б), угол выреза 120°, с учетом обжатия на каждом ходу пресса; в), угол выреза 90°, с учетом обжатия на каждом ходу пресса, кантовка на угол 60°; г), угол выреза 90°, с учетом обжатия на каждом ходу пресса, кантовка на угол 45°.

Кроме этого понятно, что любому моделированию присущи какие-то допущения и отступления от реального процесса. Это требует полученные результаты переносить на производство с некоторой долей скептицизма. И все же любое моделирование всегда несет в себе рациональное зерно и его использование в той или иной сфере зависит от соотношения затрат и полезности полученных сведений. В данном случае видно, что полезной информации можно получить больше, чем затратить на это усилий (по сравнению с другими способами моделирования). Учитывая, что ковка является нестационарным процессом, поскольку существует много факторов влияющих на ее ход: химическая, структурная, температурная неоднородность металла, различного вида износы (бойков, клапанов и т.д),

система организация работы и другие психофизические факторы чаще всего позволяют вносить получаемые данные в виде рекомендаций. Имея технологическую карту ковки с рекомендуемым режимом, кузнец будет ее исполнять, но только до того момента, пока это разумно. Например, в литературе существует описание того, что были откованы гладкие валы по заводской технологии и технологии, разработанной на основании рекомендаций, выработанных в ходе моделирования. При этом задавались величина обжатия, угол кантовки и величина относительной подачи. В результате производительность выросла на 6...8%, зерно мельче и механические свойства выше.

4. Разработка технологических рекомендаций, обеспечивающих максимальное приближение осевой зоны слитка к геометрической оси заготовки при протяжке в комбинированных бойках, реализующих на практике математическую модель рационального процесса ковки.

На основании произведенных работ сформулированы следующие оптимальные условия протяжки заготовок в комбинированных бойках с минимизацией смещения осевой зоны:

1. Металл должен быть равномерно прогрет;

2. Режим обжатий необходимо производить на основании расчетов в соответствии с алгоритмом, представленным на рис. 2;

3. Величина относительной подачи должна быть равна 0,6±5%;

4. Наиболее предпочтительные комбинированные бойки это когда угол выреза нижнего бойка равен 90°, поскольку максимальная деформация при ковке в них достигается на середине радиуса сечения заготовки, что, чаще всего, для изделий с удаляемой сердцевиной достаточно;

5. Предпочтительный угол кантовки равен половине значения угла выреза нижнего бойка, при этом его необходимо выбирать из следующего ряда: 45, 60 и 90°;

6. Деформация не должна превышать при а = 90° до значений отношения диаметра заготовки к диаметру поковки равного 1,17; при а = 105° -1,14...1,15; при <х= 120°- 1.13; при а= 135°- 1.11.

7. При необходимости производить ковку в несколько проходов, предпочтительно чтобы их количество было четным, тогда в первом (нечетном) проходе кантовка производится по часовой стрелке, а во втором (четном) - против;

8. При технологической подготовке ковки в технологическую карту необходимо производить запись о величинах обжатий, углах кантовки, величине подачи на каждом проходе.

5. Основные результаты и выводы по работе 1. Анализ влияния параметров процесса ковки позволил сформулировать основные причины смещения осевой зоны слитка (неравномерный прогрев по сечению, неравномерные обжатия по «кольцу» и геометрическое смещение цапфы при ее закатке из прибыли или донной части на первых же

операциях ковки) и технологические возможности корректировки ее положения, путем концентрации на центральной оси заготовки, поскольку металл этой зоны подлежит удалению в процессе дальнейшей обработки, что позволяет повысить качество изделия.

2. Разработана научно-обоснованная методика проектирования технологии кузнечной протяжки в комбинированных бойках, позволяющая на основе математических моделей процесса ковки на стадии проектирования технологии осуществить выбор технологических режимов и провести прогнозирование эксплуатационных характеристик получаемых изделий.

3. Разработаны методики экспериментального исследования процессов кузнечной протяжки в комбинированных бойках, позволяющие установить закономерности процесса формообразования металла и проверить адекватность математических моделей.

4. Разработаны технологические рекомендации, обеспечивающие максимальное приближение осевой зоны слитка к геометрической оси заготовки при протяжке в комбинированных бойках, что дает повышение качества основного металла изделий с удаляемой сердцевиной.

5. Результаты разработки и реализации в промышленном производстве технологии протяжки в комбинированных бойках расширили технологические возможности данных процессов и позволили осуществить волочение труб сверхвысокого давления, используемых при изготовлении оборудования для получения полиэтилена высокого давления.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Григорьев А.К., Кулик Г.Н. Неоднородная деформация осесимметричных тел умеренной высоты между плоскопараллельными плитами.//Судостроительная промышленность. Серия: Материаловедение: Металловедение, Металлургия.-Вып. 12. -1989. С.36-41.

2. Григорьев А.К., Назарьян В.А., Кулик Г.Н. и др. Метод определения полезной энергии удара молота свободной ковкиУ/Судостроительная промышленность. Серия: Материаловедение: Металловедение, Металлургия. -Вып. 13. -1989. С.43-45.

3. Кулик Г.Н., Назарьян В.А. Алгоритм расчета режима протяжки прессовых поковок комбинированными бойками.//Судостроительная промышленность. Серия: Материаловедение: Металловедение, Металлургия.-Вып.14.-1989. С.64-68.

4. Кулик Г.Н. Применение программируемого калькулятора «Электроника Б3-34» при решении задач обработки металлов давлением.//Судостроительная промышленность. Серия: Судовое маш1шостроение.-Вып.22,-1990. С.84-92.

5. Григорьев А.К., Кулик Г.Н.Способ проверки теоретического решения задач обработки металлов давлением.// Известия ВУЗов. Черная металлургия. -№11.-1990г. С. 104.

6. Кулик Г.Н. Проблемы технологической подготовки ковки заготовок массой от 1,5 кг до 1 т. Прогрессивные технологии, оборудование и

организация заготовительного производства/ЛГезисы докладов конференции, 23-24 октября 1990 года, г. Краматорск). Общество «Знание».-Киев. -1990. С.73.

7. Виторский Я.М., Дмитриев В.Я., Кулик Г.Н. и др. Освоение производства колен реактора установок для изготовления полиэтилена высокого давлениям/Заготовительные производства в машиностроении. -№4. -2008. С.20...27.

8. Комаишко С.Г., Кулик Г.Н., Панкратов И.Н. и др. Опыт развития технологии и оборудования для нужд мелкосерийного производства с использованием обработки металлов давлением.//Сборник докладов и материалов VIII Конгресса «Кузнец-2008»(Состояние, проблемы и перспективы развития кузнечно-прессового машиностроения, кузнечно-штамповочного производства и обработки металлов давлением- основы машиностроительного комплекса и национальной безопасности России) ООО «Политех», г.Рязань.-2008. С.349...354.

9. Кулик Г.Н., Назарьян В.А., Панкратов И.Н. Режим обжатий поковок в комбинированных бойках с минимальным уводом оси заготовки от ее центра// Металлообработка. -№4(46). -2008. С.25-31.

10. Кулик Г.Н. Ручная и машинная ковка заготовок. ( Технологическая инструкция ДФ 001.000 ТИ)// ОАО «Дефорт».-2008. С.ЗО(рукопись).

11. Комаишко С.Г., Кулик Г.Н., Панкратов И.Н. и др. Многофункциональное устройство для заготовительных операций// Металлообработка. -№5(47).-2008. С.46-50.

12. Кулик Г.Н. Моделирование процесса протяжки круглой заготовки в комбинированных бойках с помощью САПР «КОМПАС - 3D» // Металлообработка. -№6(48). -2008 С.40-43

13. Кулик Г.Н. Моделирование смещения осевой зоны заготовки при протяжке в комбинированных бойках с помощью САПР «КОМПАС -3D»//BOEHMEX «Вестник Балтийского государственного технического университета». -№3. -2008. С.24-31.

14. Комаишко С.Г., Кулик Г.Н., Моисей М.В. Деформирующее оборудование в теории и практике мелкосерийного производства/Юганочный парк. -№5(61). -2009. С.29-31.

15. Кулик Г.Н. Ковочное оборудование и тенденции его развития// Станочный парк. -№6(62). -2009. С.23-29.

16. Кулик Г.Н., Панкратов И.Н. Аналитическое решение задачи о соотношении значений величин контакта металла с верхним и нижним бойками при протяжке в комбинированных бойках//Станочный парк. -№7-8(63). -2009. С.21-26.

17. Кулик Г.Н., Панкратов И.Н. Технологическая подготовка производства при различных процессах обработки металлов давлением// Станочный парк. -№9(64). -2009. С. 27-29.

Подписано в печать «12» октября 2009 г. Формат 60x84/16 Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,3- Тираж 100 экз. Заказ №_

Типография «Восстали -1» 191036, Санкт-Петербург, Восстания, 1.

1. Классификация и анализ влияния параметров процесса ковки на качество изделия.

1.1 Технологическая подготовка процессов обработки давлением и ее особенности при выполнении операций ковки.

1.2 Влияние схем формоизменения и величин параметров режима протяжки на процесс ковки.

1.3 Проблема увода оси поковки при протяжке в комбинированных бойках.

Выводы.

Цель и задачи исследования.

2. Разработка математической модели процесса ковки при протяжке в комбинированных бойках.

2.1 Разработка теоретического решения о поперечной осадке круглой заготовки в комбинированных бойках.

2.2 Разработка теоретического решения о неоднородной осадке осесимметричного тела умеренной высоты.

2.3 Расчет формоизменения круглой заготовки при протяжке в комбинированных бойках с помощью метода смещенных объемов металла.

3. Экспериментальное исследование режима протяжки, для выявления рациональных режимов обработки при протяжке в комбинированных бойках.

3.1 Моделирование процессов обработки металлов давлением.

3.2 Методика проверки полученного теоретического решения.

3.3 Обсуждение результатов.

3.4 Разработка технологических рекомендаций, обеспечивающих максимальное приближение осевой зоны слитка к геометрической оси заготовки при протяжке в комбинированных бойках, реализующих на практике математическую модель рационального процесса

4. Промышленное использование полученных результатов.

Одной из главных задач технологической подготовки кузнечного производства является разработка методики расчета режимов деформации, которые обеспечили бы минимум расхода энергии и позволили бы технологу рассчитать число и величину обжатий применительно к любой конкретной поковке.

Особенно актуально стоит этот вопрос перед работниками кузнечных цехов, где объем ручного труда велик, а степень механизации ограничена. Это в значительной степени объясняется сложностью процесса, так как ковка представляет собой довольно сложные манипуляции, часто не повторяющиеся в определенной последовательности.

Из всех операций свободной ковки наиболее трудоемкой является протяжка. Время, затрачиваемое на ее выполнение, составляет, в большинстве случаев, более 60% от всего времени ковки. Если учесть, что основная масса поковок на заводах машиностроения составляют поковки с удлиненной осью, то вопрос об улучшении их качества и повышения интенсивности операций протяжки является весьма актуальным.

Кроме косвенных факторов, влияющих на сокращение времени процесса протяжки (транспортировка, установка бойков, кантовка) существуют факторы, влияющие на время самого процесса деформации металла. К ним относятся величина допустимой и требуемой степени деформации за ход пресса (или молота), величина подачи, форма рабочей поверхности бойков, последовательность углов кантовки и т.д.

Если изыскание и проведение мероприятий, ведущих к снижению времени на выполнение вспомогательных операций, является организационным вопросом, то вопрос об определении оптимальных технологических параметров ковки требует во многих случаях специального исследования.

Протяжка поковок с удлиненной осью может производиться на плоских, вырезных и комбинированных бойках. Очевидно, что ковка на плоских бойках является менее производительной, так как обжатие поковки в них происходит по двум поверхностям. При ковке в вырезных бойках обжатие происходит одновременно по четырем поверхностям, и они являются наиболее производительными. Однако, применение вырезных бойков в условиях машиностроения не будет целесообразным, так как имея мелкосерийный и единичный характер существует необходимость применения различных операций, в том числе осадки и частая смена инструмента привела бы к большим потерям времени. Как известно, при протяжке в комбинированных бойках, вытяжка за каждое нажатие прессом или удар молотом, при прочих равных условиях, меньше чем в вырезных. Это обстоятельство приводит к снижению производительности при ковке указанными бойками (по сравнению с вырезными). Однако в них можно производить протяжку поковок в большем диапазоне диаметров. Кроме этого, при использовании комбинированных бойков и перенастройке процесса на другие размеры, требуется замена только одного нижнего бойка.

Особенность протяжки комбинированными бойками состоит в том, что течение металла вдоль продольной оси заготовки под верхним и нижним бойком не одинаково. Существует мнение, что во избежание прогиба поковки в сторону вырезного бойка, который дает меньшую вытяжку, наиболее целесообразно при протяжке подавать поковку под бойки на величину подачи, обжимать на заданный размер, кантовать на определенный угол, снова обжимать на заданный размер и т.д, до получения необходимой формы сечения, затем производить следующую подачу и повторять процесс. Несмотря на всю логичность предложенной схемы, она имеет неоднозначные последствия,-преодоление которых требуют исследований.

По технологии производства ответственных изделий (судовые гребные валы, толстостенные трубы агрегатов сверхвысокого давления и т.д.) центральная дефектная зона в них высверливается.

Поскольку заготовки для таких деталей получаются преимущественно ковкой, то одной из стоящих задач, является уменьшение (сужение) площади поперечного сечения этой зоны до размеров гарантировано исключающих попадания ее частей в тело изделия.

Данная задача усугубляется тем, что при ковке широкое использование имеют комбинированные бойки. Это обусловлено возможностью обработки большей номенклатуры поковок, а работа с указанным инструментом, из-за неравномерности деформации, приводит к смещению осевой зоны заготовки.

В настоящее время, при технологической подготовке кузнечного производства, оценка данному явлению не дается, а напрасно, поскольку оно может способствовать трещинообразованию при автоскреплении труб сверхвысокого давления в районе поверхности внутреннего канала, причинсш чего, с большой вероятностью, может служить переместившаяся туда часть дефектной зоны слитка.

В настоящей работе представлены результаты определения оптимальных технологических параметров процессов ковки комбинированными бойками. Работа выполнена с использованием современных средств научного поиска. Эти вопросы, не теряют своей актуальности в течение последних десятилетий. Прогресс, конечно, есть, но рутина человеческого мышления все же не дает возможности развития технологии ковки теми темпами какими развиваются некоторые другие отрасли техники. Хотя ковка является основополагающей частью технологии обработки металлов давлением, но в связи с ее архаичностью она не получает должного развития. Одно из таких направлений это автоматизация процесса, а для ее внедрения требуются четкие режимы ковки. Их, возможно, получить, опираясь, и развивая его дальше, на способ описанный здесь. Ссылки, на литературные источники, свидетельствуют о том, что обсуждаемые проблемы заботят специалистов данной отрасли. Методы же, какими добились полученных результатов, несопоставимы по трудоемкости с представленными в настоящей работе, тогда как их результаты — сопоставимы. Загруженному различной текущей работой цеховому технологу, для улучшения технологической подготовки производства, не под силу выполнять оперативные исследования ни с использованием различных моделирующих материалов, ни с помощью развивающегося быстрыми темпами метода конечных элементов. Способ, предлагаемый в данной работе, это позволяет.

Цель работы - повышение качества поковок за счет обеспечения максимального приближения осевой зоны слитка к геометрической оси заготовки при протяжке в комбинированных бойках.

Содержание поставленных задач:

• Классификация и анализ влияния параметров процесса ковки на качество изделия.

• Разработка математической модели процесса ковки при протяжке в комбинированных бойках.

• Экспериментальное исследование параметров протяжки, для выявления рациональных режимов обработки в комбинированных бойках.

• Разработка технологических рекомендаций, обеспечивающих максимальное приближение осевой зоны слитка к геометрической оси заготовки при протяжке в комбинированных бойках, реализующих на практике математическую модель рационального процесса ковки.

Объект исследования: ковка (протяжка) слитков и предварительно деформированных заготовок;

Предмет исследования: смещение осевой зоны слитка(заготовки) при протяжке в комбинированных бойках;

Базовые методологические научные работы Рудского А.И., Лунева В.А. Назарьяна В.А., Панкратова И.Н., В.Н.Трубина, М.Я. Дзугутова, Охрименко Я.М., Семенова Е.И., В.Н.Ефимова, Дененберга Н.П., Плешанова В.В., Березкина В.Г., Иванушкина П.Ф., Каргина Б.С., Булгакова Б.С., Вайсбурда Р.А., Мусхелишвили Н.И., Тюрина В.А. Рыбина Ю.И., Григорьева А.К., Унксова Е.П., Смирнова B.C., Мигачева Б.А., Смирнова Г.А., Тарновского И.Я., Павлова Н.Н., Сторожева М.В., Попова Е.А., Губкина С.И., Иванова К.М.;

Принятые методы исследования: Вариационное исчисление, моделирования процесса формообразования при протяжке в комбинированных бойках на заготовках из свинца, пластилина и стали, а также с помощью геометрического моделирования, как части математического моделирования.

Результаты, выносимые на защиту:

1. Разработка математической модели процесса ковки при протяжке в комбинированных бойках.

2. Геометрическое моделирование протяжки круглой заготовки в комбинированных бойках.

Научная значимость результатов - разработана научно-обоснованная методика проектирования технологии кузнечной протяжки в комбинированных бойках, позволяющая на основе математических моделей, на стадии разработки технологии осуществить выбор технологических режимов, обеспечивающих минимальное смещение осевой зоны слитка. На новый способ протяжки в комбинированных бойках получено положительное решение ФГУ ФИПС на выдачу патента.

Практическая значимость результатов - на основании исследования установлены режимы проведения процесса протяжки в комбинированных бойках, обеспечивающие высокое качество изделия.

Опубликованные работы и апробация результатов:

Основное содержание диссертации опубликовано в 17 работах и подано заявление на выдачу патента(№2007149622(054442) от 27.12.2007) и получено на него положительное решение.

Результаты исследований доложены и обсуждены на конференции молодых специалистов ЦНИИ «Прометей» 1985г. Ленинград; на конференции «Прогрессивные технологии, оборудование и организация заготовительного производства» 1990 г. Краматорск; на заседании кафедры «Пластическая обработка металлов и сплавов» ЛПИ им.М.И.Калинина 1991г. Ленинград; на заседании кафедры «Высокоэнергетические устройства автоматических систем» ГОУ ВПО «Балтийский государственный технический университет им. Д.Ф.Устинова (ВОЕНМЕХ)» 2008г.; на VTII Конгрессе «Кузнец-2008»: Состояние, проблемы и перспективы развития кузнечно-прессового машиностроения, кузнечно-штамповочного производства и обработки металлов давлением — основы машиностроительного комплекса и национальной безопасности России. 2008г.

Структура и объем диссертации: диссертация состоит из введения, четырех глав, списка литературы и одиннадцати приложений. Работа изложена на 247 страницах машинописного текста, содержит 332 рисунка, 16 таблиц и список литературы из 116 наименований.

Основные результаты и выводы по работе

1. Анализ влияния параметров процесса ковки позволил сформулировать основные причины смещения осевой зоны слитка (неравномерный прогрев по сечению, неравномерные обжатия по «кольцу» и геометрическое смещение цапфы при ее закатке из прибыли или донной части на первых же операциях ковки) и технологические возможности корректировки ее положения, путем концентрации на центральной оси заготовки, поскольку металл этой зоны подлежит удалению в процессе дальнейшей обработки, что позволяет повысить качество изделия.

2. Разработана научно-обоснованная методика проектирования технологии кузнечной протяжки в комбинированных бойках, позволяющая на основе математических моделей процесса ковки на стадии проектирования технологии осуществить выбор технологических режимов и провести прогнозирование эксплуатационных характеристик получаемых изделий.

3. Разработаны методики экспериментального исследования процессов кузнечной протяжки в комбинированных бойках, позволяющие установить закономерности процесса формообразования металла и проверить адекватность математических моделей.

4. Разработаны технологические рекомендации, обеспечивающие максимальное приближение осевой зоны слитка к геометрической оси заготовки при протяжке в комбинированных бойках, что дает повышение качества основного металла изделий с удаляемой сердцевиной.

5. Результаты разработки и реализации в промышленном производстве технологии протяжки в комбинированных бойках расширили технологические возможности данных процессов и позволили осуществить волочение труб сверхвысокого давления, используемых при изготовлении оборудования для получения полиэтилена высокого давления.

1. Рудской А.И., Лунев В.А. Теория и технология прокатного производства: учебное пособие.- СПб.: Наука, 2005.- 540с. 377 ил.

2. Назарьян В.А. Алгоритм назначения режимов ковки при протяжке в вырезных и комбинированных бойках// Кузнечно-штамповочное производство.-№9.-1997. с.8 11.

3. В.А.Назарьян, ктн, О.М.Маракушина Оптимизация процесса кузнечной протяжки.// Кузнечно-штамповочное производство.-№4. -1998. с.22-30.

4. Панкратов И.Н. Исследование объемного деформированного состояния при вытяжке крупных поковок//Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. — Ленинград. -1971. -19с.

5. Ковка и штамповка: Справочник. В 4-х т./ Ред. совет: Е.И.Семенов (пред.) и др. -М., Машиностроение, 1985 Т.1. Материалы и нагрев. Оборудование. Ковка./Под ред. Е.И.Семенова. -1985.-568с., ил.

6. Система управления качеством проектирования технологических процессов ковки/ В.Н.Трубин и др./ -М. Машиностроение. -1984. -234с.

7. Дзугутов М.Я. Пластическая деформация высоколегированных сталей и сплавов. 2-е изд., перераб. и допол. -М. Металлургия. -1977. -479с.

8. Юдович С.З. Ковка на молотах заготовок из легированных сталей -М., Машиностроение. -1968. -222с.

9. Чижиков Ю.М. Прокатка и ковка высоколегированных сталей -М. Металлургиздат. -1941. -298с.

10. О.Гончаров М.А. Ковка крупных поковок М.- Свердловск, Машгиз.1945. -218с.1. .Охрименко Я. М. Технология кузнечно-штамповочного производства. Учебник для вузов. Изд. 2-е перераб и допол. М., Машиностроение, 1976. -560с.

11. Семенов Е.И. Ковка и объемная штамповка. Учебник для вузов. М. «Высшая школа». 1972. -352с.

12. Юсипов З.И. Ляпунов Н.И. Ручная ковка: Учебник для ПТУ. 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Высшая школа. 1990. -304с.

13. Справочник кузнеца/ Л.Н.Соколов, В.Н.Ефимов, Н.П.Портняга.-Донецк: Донбасс, 1985. -147с.

14. Семенов Е.И., Кондратенко В.Г., Ляпунов Н.И. Технология и оборудование ковки и объемной штамповки. Учебное пособие для техникумов. М.: Машиностроение. 1978.-311 с.

15. Дененберг Н.П. Разработка и исследование режимов протяжки комбинированными бойками поковок с минимальной несоосностью ступеней//Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. — М., 1980. -24с.

16. Плешанов В.В. Некоторые вопросы оптимизации процесса ковки//Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. -М., 1978. -23с.

17. Технологическая инструкция на изготовление поковок из углеродистых легированных сталей 159-36-010-78. ЛО «Пролетарский завод». -25с.

18. Тетерин Г.П., Полухин П.И. Основы оптимизации и автоматизации проектирования технологических процессов горячей объемной штамповки.-М.: Машиностроение, 1979.-284с.

19. Васильев Д.И., Тылкин М.А., Тетерин Г.П. Основы проектирования деформирующего инструмента: Учебн. пособие для металлургич. и машиностроит. спец. Вузов.-М.: Высш. шк., 1984.-223с.

20. Ковка и штамповка: Справочник. В 4-х т./Ред. совет: Е.И.Семенов( пред) и др. — Машиностроение, 1986.- Т.2. Горячая штамповка/ Под ред. Е.И.Семенова. 1986. -592 е., ил

21. Кузьминцев В.Н. Ковка на молотах и прессах: Учебник для сред, проф.- техн. училищ -М.: Высшая школа, 1979. -254с.

22. New programable hammer developed// Metallyrgia Forging Supplement. -№7. 1988. р.18.-Англ.

23. Forging economics: Intelligent hammers increase profit potential//Tool. and Prod. -№6. -1988. р.35-37.-Англ.

24. Integrovany kovaci soubor pro volne kovani s kovacim lisem CKW 630 / Bartecek Roman//Hutnik. -№7. -1988. р.265-267.-чешс.

25. Афонькин М.Г. Определение числа ударов при деформировании заготовок на паровоздушных молотах двойного действия с использованием микрокалькулятора «Электроника БЗ-34».// Технология судостроения. -№5. -1986. с.45-47.

26. Афонькин М.Г., Звягин В.Б. Производство заготовок в машиностроении 2-е изд., доп. и перераб. — СПб. Политехника. 2007. -380с.

27. Виторский Я.М., Дмитриев В.Я., Комаишко С.Г., Кулик Т.Н., Моисей М.В., Суздаль К.В. Освоение производства колен реактора установок для изготовления полиэтилена высокого давления.// Заготовительные производства в машиностроении. -№4. -2008. с.20-27.

28. Губкин С.И. Теория течения металлического вещества. Главная редакция литературы по цветной металлургии. -М. — JI. -1935. -180с.

29. Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением. Учебник для вузов. Изд. 4-е, перераб. и доп. -М., Машиностроение. -1977. -423с.

30. Панкратов И.Н. Исследование объемного деформированного состояния при вытяжке крупных поковок.//Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук.-Л. 1971. -230с.

31. Основные направления в области автоматизации свободной ковки. Прозоров Л.В., Алтыкис А.В., Релис С.И., Датский-Монастырский М.Б., Назарьян В.А., Колосков М.М. //В сб. «Оптимизация металлургических процессов», -вып.6. Металлургия. -1971, с. 175184.

32. Алтыкис А.В., Колосков М.М., Назарьян^ В.А. Оптимизация режимов протяжки комбинированными бойками.//Кузнечно-штамповочное производство; -№8.- 1973*. с.3-8.

33. Колосков М.М. Исследование и оптимизация- режимов протяжки поковок прямоугольного сечения.//Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. -М. -1972. -196с.

34. Павлов Н.Н. Определение технологических показателей процесса продольной прокатки (сообщение 1 )//Металлообработка, №1(31) -2006. с.30-33

35. Березкин В.Г. формоизменение при обработке металлов давлением. -М. Машиностроение. -1973. -152с.

36. Березкин В.Г., Клименко Н.П. Влияние угла выреза на уширение и интенсивность вытяжки при свободной ковке в вырезных бойках.// Вестник машиностроения. -№10.- 1961. 5-9с.

37. Березкин В.Г., Клименко Н.П. Уширение после кантовки при вытяжке в вырезных и плоских бойках.// Вестник машиностроения. -№10.-1960. 7-11с.

38. Березкин В.Г., Клименко Н.П Уширение при вытяжке в вырезных бойках заготовок круглого поперечного сечения./ЛЗестник машиностроения . -№9.-1960. 8-12с.

39. Иванушкин П.Ф., Каргин" Б.С. Влияние формы бойков на интенсивность протяжки и распределение деформаций.//Известия ВУЗов. Черная металлургия. -№1 .-1971. с.96-100.

40. Иванушкин П.Ф., Каргин Б.С., Андрющенко Г.П. Сравнение производительности при протяжке комбинированными и вырезными бойками.//Кузнечно-штамповочное производство.-№12.-1966. 5-9с.

41. Булгаков Б.С. О влиянии формы рабочей поверхности бойков на неравномерность деформации поковок. ЛДНТП. JL, 1966. -32с.

42. Назарьян В.А. Расчет напряженного состояния при ковке-протяжке заготовок круглого сечения.//Кузнечно-штамповочное производство. -№6. -1998. с. 13-16.

43. Назарьян В.А. Исследование и- оптимизация процесса протяжки заготовок круглого сечения комбинированными бойками подгидравлическими прессами.//Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. -М. 1974. -153с.

44. Вайсбурд Р.А., Назарьян В.А. Пучков С.Г. Определение напряженного состояния поковок круглого сечения.//В сб. «Оптимизация металлургических процессов», вып.6. Металлургия, 1971, с.218-224.

45. Мусхелишвили Н.И. Некоторые основные задачи математической теории упругости. -М. Изд. АН СССР. -1969. -621с.48,Охрименко Я.М., Тюрин В.А. Теория процессов ковки. Учеб. Пособие для вузов. -М. Высшая школа. -1977. -295с.

46. Тюрин В.А. Теория и процессы ковки слитков на прессах. —М.: Машиностроение. -1979.-240с.

47. Рыбин Ю.И., Рудской А.И., Золотов A.M. Математическое моделирование и проектирование технологических процессов обработки металлов давлением.-СПб. Наука. -2004. -644с.

48. Кулик Г.Н. Назарьян В.А. Алгоритм расчета режима протяжки прессовых поковок комбинированными бойкамиУ/Судостроительная промышленность. Серия: Материаловедение: Металловедение, Металлургия. -Вып. 14. -1990. с.64-68.

49. Дененберг Н.П., Алтыкис А.В., Литвак Б.С. Экспериментальное исследование образование несоосности при протяжке комбинированными бойками.//В сб.: Применение процесса протяжки комбинированными бойками. М.: ЦНРТИТЭИТЯЖМАШ, -№11-80-13.-1980, с.4-7.

50. Дененберг Н.П., Литвак Б.С. Оптимизация протяжки комбинированными бойками.//В сб.: Применение процесса протяжки комбинированными бойками. М.: ПРИИТЭИТЯЖМАШ, -№11-80-13.-1980, с.8-13.

51. Алтыкис А.В., Дененберг Н.П. Выбор оптимизированного режима протяжки комбинированными бойками.//В сб.: Оптимизация и автоматизация процесса протяжки комбинированными бойками. -М.: ЦНИИТЭИТЯЖМАШ. -№11-80-17. -1980, с. 1-7.

52. Инструкция по расчету режимов протяжки поковок круглого сечения комбинированными бойками.// ЦНИИТМаш. 1980. -17с.

53. Дененберг Н.П. Адаптивное управление автоматизированными ковочными комплексами.//В сб.: Оптимизация и автоматизация процесса протяжки комбинированными бойками. -М.: -№11-80-17.ЦНИИТЭИТЯЖМАШ.-1980, с.10-14.

54. А.С. 583858(СССР) Устройство программного управления ковочным прессом с манипулятором. Прозоров JI.B., Дененберг Н.П., Г.Т.Гарин Опубл. в Б.И. -№46, 1977.

55. А.С. 378921 (СССР) Двухотсчетный преобразователь «угол-код». Меренков А.И., Денеберг Н.П., Гарин Г.Т. и др. опубл. в Б.И. №19,1973.

56. А.с. 446893 (СССР) Двухотсчетный преобразователь «угол-код». Прозоров JT.B., Дененберг Н.П. Гарин Г.Т. опубл. в Б.И. №38,1974.

57. А.с.812402(СССР)Способ изготовления ступенчатых поковок. Онищенко А.К., Веретенников Э.В., Плешанов В.В. и др.-Опубл. в Б.И. №10, 1981.

58. Дененберг Н.П., Гарин Г.Т. Автоматический контроль управляемых параметров процесса свободной ковки.//В сб.: Автоматизация кузнечно-прессового производства. -М.: НИИИНФОРМТЯЖМАШ, -№11-74-7.-1974. с.11-15.

59. Дененберг Н.П., Гипп Н.Б. Система автоматического измерения диаметров поковок в процессе их ковки.//В сб.: Оптимизация и автоматизация процесса протяжки комбинированными бойками. -М.: ЦНИИТЭИТЯЖМАШ.-№11-80-17. -1980, с.8-10.

60. А.С. 804153 (СССР) Способ контроля размеров ступенчатых поковок в процессе протяжки. Прозоров JT.B., Дененберг Н.П., Литвак Б.С. -опубл. в Б.И. №6, 1981.

61. А.С. 1238868(СССР) Способ изготовления ступенчатых поковок. Дененберг Н.П., Пименов Г.А., Соболев В.Д. и др. — опубл. в Б.И. №23,1986.

62. А.С. 1118466(СССР) Способ ковки заготовок. Дененберг Н.П., Токарев А.Г., Мишулин А.А. и др. — опубл. в Б.И. №38, 1984.

63. Унксов Е.П. Пластическая деформация при ковке и штамповке -М.-Л., Машгиз.-1939.-192с.

64. Григорьев А.К, Кулик Г.Н. Способ проверки теоретического решения задач обработки металлов давлением.// Известия ВУЗов. Черная металлургия. -№11. -1990г. с. 104.

65. Комаишко С.Г., Комаишко А.Г., Кулик Г.Н., Моисей М.В., Суздаль К.В., Назарьян В.А., Панкратов И.Н. Многофункциональное устройство для заготовительных операций// Металлообработка. -№5. -2008. с.46-50.

66. Соколов Л.Н., Золотухин Н.М., Ефимов В.Н. и др. Ковка слитков на прессах. Под. Ред. Соколова Л.Н. —К.: Техника. -1984.-127с.

67. Теория пластических деформаций металлов/Е.П.Унксов, У.Джонсон, В.Л. Колмогоров и др.; Под ред. Е.П.Унксова, А.Г.Овчинникова. —М.: Машиностроение. -1983. -598с.

68. Малинин Н.Н. Ползучесть в обработке металлов. —М.: Машиностроение, -1986. 216с. — Б-ка расчетчика/ Ред. кол.: Н.Н.Малинин (пред.) и др.

69. Гун Г.Я. Теоретические основы обработки металлов давлением (Теория пластичности), Учебник для вузов. -М. Металлургия. -1980. -456с.

70. Механика обработки металлов давлением. Учебник для вузов. Колмогоров B.JT. -М.: Металлургия. -1986. -688с.

71. Рекач В.Г. Руководство к решению задач по теории упругости. -М. Высшая школа. -1966. -227с.

72. Гун Г.Я. Математическое моделирование процессов обработки металлов давлением. Учебное пособие для вузов. -М., Металлургия. -1983. -352с.

73. Тарновский И.Я., Поздеев А.А., Ганаго О.А. Деформации и усилия при обработке металлов давлением. — М. — Свердловск, Машгиз, -1959. -304с.

74. Метод подобия в теории прокатки. Смирнов B.C., Григорьев А.К., Карачунский А.Г., Мельничук О.Я. Изд-во «Наука» Ленингр. отд-е , -Л.-1971.-178с.

75. Лунев В.А. Планирование и обработка технологического эксперимента: Учебное пособие.- Л.: ЛПИ.-1978. -84с.

76. Норицын И. А., Власов В.И. Автоматизация и механизация технологических процессов ковки и штамповки. -М., Машиностроение. -1967. -268с.

77. Free surface profiles and workability limits in the heading process. Bariani T. CIRP Ani, 1982, 31, №1, 185-190(англ.).

78. On the contribution of waxes to the simulahion of metal forming processes. Oudin J., Ravaland J., Rommens S. Manuf. Eng. Trans. Vol.8. 8 th N Amer. Manuf. Res. Conf. Proc., Rolla, Mo., May 18-21, 1980. Dearborn, Mich., 1980, 166-170(англ.)

79. On the simulahion of hot forming of metals. Oudin J., Ravaland J., Rommens S. SME Manuf. Eng. Trans. Vol.9. 9 th N Amer. Manuf. Res. Conf. Proc., University Park, Pa., May 19-22, 1981. Dearborn, Mich.,1981, 464-466(англ.)

80. An experimental investigation of lubrication on hydrostatic extrusion using wax as a model material. Wuersher A., Rice W.B. Trans., ASME, B94, 1972, 913-919.

81. Мигачев Б.А., Михайлов A.B. О применении неметаллических материалов для моделирования формообразования. Известия ВУЗов. Черная металлургия. -№2. -1989. с. 155.156.

82. A.C. 706742(СССР) Материал для моделирования горячего пластического формоизменения металлов и сплавов. Лашин В.В., Воронцов В.К., Гафаров Р.Э. и др.-Б.И. №48. -1979. с.9.

83. А.С. 978000(СССР) Материал для моделирования горячего пластического формоизменения металлов. Губайдуллин В.Ф., Толпа А.А., Лашин В.В. и др. -Б.И. №44. -1982. с. 12.

84. А.с.1037137(СССР) Материал для моделирования горячего пластического формоизменения металла. Клименко В.М., Губайдуллин В.Ф., Воронцов В.К. и др. -Б.И. №31. -1983, с.9.

85. Теория обработки металлов давлением. Методические указания к лабораторным работам// Составители: Александров А.А., Григорьев А.К., Лунев В.А., Мете Ю.А. ЛПИ им.М.И.Калинина. -Л. -1987. -52с.

86. Григорьев А.К., Садовников Б.В., Лунева Ю.К. Прокатка металлов. Учебное пособие. -Л. ЛПИ им.М.И.Калинина. -1979. -70с.

87. Чижиков Ю.М. Моделирование процесса прокатки. -М. Металлургиздат. -1963. -124с.

88. Капустина М.И., Савченко A.M., Данилов В.Д. Руководство к лабораторным работам по прокатке. -М.Металлургия. 1971. -176с.

89. Мигачев Б.А. Формализация испытаний в рамках феноменологической теории разрушения для прогнозирования показателей качества металла после обработки давлением.// Автореферат на соискание ученой степени доктора технических наук. Екатеринбург. 1993. -35с.

90. Мигачев Б.А., Михайлов А.В. Сравнительный анализ технологических свойств пластопарафина и метагтлов//Известия АН СССР. Металлы. -№1. -1989. с.47-51.

91. Мигачев Б.А. Моделирование формоизменения металлов с применением пластопарафиновых сплавов. -Свердловск: УрО АН СССР. -1988. -67с.(предпринт).

92. Modelowanie przeplywow plastycznych w zlozonych procesach wyciskania/Piwnik Jan//Post, tecnol. masz. urzad. 1987. -№3-4.-c.51-58. -Пол.; рез. англ., рус.

93. Flieppressen-ein verfahren mit zukunft// Konstr. und Elektron.-1988.-№48.-с.З -Нем.

94. Смирнов Г.А., Розенберг B.M. Технологические задачи теории пластичности. Часть 1. -JL, Газетно-журнальное и книжное издательство. -1951. -216с.

95. Правомерность моделирования ковки на свинцовых образцах. Мигачев Б.А., Волков В.П., Потапов А.И.//«Обработка металлов давлением» Свердловск.-№13.-1986, с.130-133(рус).

96. Modellunter suchungen zum werkstofftlup beim lochen von freifoimschmiedestiicken. Gregr Miroslav, Sommer Boris. Neue Hutte, 1984, 29, №1, 13-16(нем).

97. Сафаров Ю.С. К вопросу моделирования пластических деформаций с применением оптически чувствительных материалов.//Кузнечно-штамповочное производство. -№2.-1975. с.15-18.

98. Грачев К.Ф. Ковочное производство. M.-JL, Госнаучтехиздат, 1931.-332с.

99. Лабораторные исследования процесса безоблойной штамповки в штампах с разъемными матрицами на многоплунжерном прессе//тех.отчет по теме 2832. Ждановский металлургический институт. -1984. -98с.

100. Бахарев В.А. Разработка технологических параметров процесса протяжки заготовок роторов турбин с минимальным коэффициентом перехода/Удиссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. —М.: ЦНИИТМАШ. -1987. -153с.

101. Определение режимов протяжки поковок круглого сечения// отчет о НИР по теме 0460. УТТИ им. С.М.Кирова. -Свердловск. 1971.-95с.

102. Иванов К.М., Лясников А.В., Суравнев A.M., Шевченко B.C., Юргенсон Э.Е. Математическое моделирование процессов обработки металлов давлением: Учебное пособие. —СПб.: Изд-во ПИМаш, -1995.-203с.

103. Кидрук М.И. КОМПАС 3D V9. Учебный курс (+СБ).-СПб.: Питер. -2007.-496с.

104. Теория обработки металлов давлением. Вариационные методы расчета усилий и деформаций/Под ред. И.Я.Тарновского. М.: Металлургиздат, 1963. -458с.

105. Shape changes in the upsetting of slender cylinders/Schey I.A., Venner T. R., Takomana S. L.// Trans. ASME J. Eng. Tng. 1982. - Vol. 104, Nl.-p. 79-83.

106. Некоторые процессы обработки металлов давлением и параметры, рассчитываемые при технологической подготовке

107. Рис. пр. 1.1 Калибровка валков блюминга

108. Рис.пр. 1.2 Схема расположения калибров на валках блюминга и последовательность обжатий

109. Рис.пр. 1.3 Схема обжатий на блюминге

110. Рис.пр. 1.4 Схема расположения стана 350

111. На рис.пр. 1.5 также представлена калибровка клетей прокатного стана, схема кантовок и показаны какие клети для какого сортамента являются чистовыми.

112. Кроме этого в линию стана, возможно, встраивать калибрующий блок, выпускающий прокат по более высокому классу точности.гдЦ1г