автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.05, диссертация на тему:Пiдшаботна вiброiзоляцiя кувальних молотiв

р Г Б ОД

- — 1НЛЦ 100 '

I ( Нк>11 ¡СХХЦНОЖРЛНСЬКШ ДЕРЖАВШ УН1ВЕРСИТЕТ

На правах рукопису ГУТЬКО ЮР1Й 1ВАН0ВШ

уда 621.974.1-9/088.8/ П1ДШАБ0ТНА В1БР0130ЖЦЯ КУВАДЬШХ ¿ЮЛ0Т1В 05.03.05 - Процеси та машини обробки тишком

АВТОРЕФЕРАТ

дисертащ! на здобуття наукового ступени кандидата технхчних наук

Дуганськ, 1994

, I

Дисертасйя в рукопис.

Робота виконана у Сх1дноукра1нському держаному ун1верситет1 на кафедр! "Машини та технология обробки металхв тискоы" механ1-•ко-технологхчного факультету.

Науковий керхвник - доктор техн1чних наук, професор Рей Р.1.

0ф1ц*йн1 опоненти - доктор технхчних наук, професор Роганов Л.Л. " кандидат техмчнюс наук, доцент Сумской В.1.

Пров1дне Ездприемство - АП "Лугцентрокуз".

Захист В1дбудеться 1994р. у годин

на зас1дакн1 спецталхэовано! ради у СххдноукраТнському державному унхверситет1 за адресою: 348034, и.Луганськ, квартал Моло-дхжний, 20-а. Дов1дки эа телефоном: /Об42/ 46-67-88.

Спец1ап1зована рада К 068.44.02.

3 дисертацгеп мокна ознайомитись у б1бл!отеш Схадноукра-Тнського державного университету.

Автореферат розхслано Т/Л^се- 1994

Вчений секретар спеи1ал!30ван01 ради , кандидат технхчних наук

Л.О.Рябхчева

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА. РОБОТЯ

Актуальн{сть роботи. У машинобудуваш! однэ з важливих м!сць выводиться обробц! мвталгв гиском, створэнню та удоско-налюванню ковальсько-пресового устаткування, серэд якого молоти, б основним технолог 1чшс.! устаткузанням. Ковальсько-пресова устаткування ударно!' д 11 складае 30-50? парку машин для оброб-ки мэтал!в тиском. На легких п1дпр!емотвах до 70% ковальського устаткування складають паропов!трян1 молоти. До основних нэдо-лШв молог!в вгдносяться П1Сляударн1 в!брац11, як! шидливо впливають на обЬлуговуючий персонал, навколшшз сврвдовище, стркмують впровадяення засобхв авгоматизацп. Ударна робота молот!в викликае в!брац!ю та ущ!льнення грунту, що призводить до нэр1вном1рного ос!дання п!двалкн будов т.. сприяе 1х руйну-ванню.

Виде викладеного дооить, щоб зробити висновок про валике наукове ! практична значения проблэьга Шдвгсцування еЦзективноот 1 п1дшабитно1 в1бро1золяц}1 кувальних-молот!в.

Мата робот и. Розроблення в^ективно!' Шдшаботно? в1бро!зо-ляц1Г кувальних молот !в.

Мотоди доол!дження. У робот! викориатан! творвтичн! та експэриментальнг мзтоди досл!дження. Тоорэтича! досл!дження ваконан1 за допомогою загальяих М!Тод1в теорг! мэхан!чних ко-ливань, р!шення й анал!зу ди$эредц1альних р!внянь. Експаримвн-тальнх досл!дяення проведен! на паропов1тряному молот1 з масою падучих частин (м.п.ч.< 160 кг 1з застосувацняь. сер!йно][, тан-зогдэтрично?, рееструючо! та В1ш1рювально1' апаратури.

Наукова новизна. Полягае в розробл*н! методики розрахун..у пара.ме"тр1В п!дгсаботно: в1брсцзоля^11 молотз однооторонн1м дчмггЧруланням I м*хан!чно'1 спстсга с доцатковим л!н!2нйм зв'яз-ком 'чабота з ^урдолинтом, «жа'етзоряв додлткоз® нзвантггезнля на

шабот рперху. Визначенх гранита! значения KoeliiqieirriB выносного тертя, час затухания коливапь i амшитуди коливань шабота. Pimena механ1чна система з двома ступенями свобода i трьома пружними зв'язкаг.ш, а також з двома ступенями свободи з ура-хуванням имертво"1 зони". Вкзначэн! умови запскНгання розкриття cthkíb míe опорнши псверхняш шабота та в!бро1золятора.

ГЬактична ntmiCTb. Розроблен! конструкцií Шдшаботно! Bttíp0t30jmníí кувадьнкх молот!в ваб^зпечують вшоги iOCTa 12.1.012-78 "В1брад1я. Загальн: вшоги безпэки", запоб1гають Щдриву шабота в!д в!бро1золягора i вшшочають динам!чн{ наван-таження 'на фундамент в!д сад тертя у в!бро1зсля7ор!.

Апробад!я роботу. Основ н! положения роботи викладэн! в ковальсысо-пресовому цеху ВО "Луганськтешговоз" у IS90 р., на яауково-техп1чн!к конференция: Сх{дноукра¥нського державного ун|версетэту (СУДУ) у I&90.IS92 р.,на об'гднаяому caniHapt ш-хан1ко-технолог1чного га 1нпшх факультетts СУДУ у 1992 р.

Дтбл1кад!?. Ochobhí результата виконаних досл1даеяь опубл{кован1 в 8 статтях í 2 заявках на вияаходи.

Структура та обояг роботи. Дисертац!я складаеться з 6 глав. Бона Шстигь 99 отор!яок машинописного тексту, 32 р!сунка 9 габлиць та 95 б!бл10граф1чяих дтерел.

3MICT РОБОТИ

У нерпой глав| данкЗ аналИчпнлЗ огляд типов их копируете» ел9мэнт1в в1бро13оляц1'1, тхан1чяих систем з одн!ею та двог/а ступэняш свободи, а також мотод!в розрахунку парамэт-pfB П1Дшаботно1 в!бро1золя,ч1'1.

7 розвиток Teopii та практики"мзхан1чннх систем ковальсь-, ких молот1в зробили великий внесок учен! Храмой А.Г.,Коган М.С., Потураев В.Н. та 1нш1. Досл1джеяню та удосконалюванню в!<5р<Нзо-ляд1 i молот 1в присвятшгЕ oboI роботи В.А. I лЫ чов, В. Ц.Кошелев, Ю.А.Бочаров, О.Г.Власоз, В.I.Климов.

В1бро1зольован1 фувдаьвнги забезпечують вшогж Г0СТаХ2.1. 012-78 на норми технологiiHOi Bidpaitii. Однак, вэлгай габарити, висока BapricTb кап1таловкладень та npaitf стрицуготь i'x заатосу-вання при проектуванн! t роблять нэможливим ix використатая при модерн!зац11 дшчого устаткування. BapricTb таких фундамент:в

»

склацае 40...605? в1д вартост1 молота, проти 8. ..12% вартоот! "жорстких" фундаментов. Toi.y таке техшчне ршекня не мояо бути ефектквним. 0станн1м часом у наш!й Kpa'iiii t за кордоном вздуться пошуки техн!чних pimeHb для пхдшабогнох В1бро!золяц1х молог!в, vпередбачаетьоя одержати той же ефект, що до эабезпэченяя ГОСТа 12.I.012-78 при збереженн! градиц1йних "коротких" фундаментiB. Козлов A.B. запропонував Шдшаботну в1брогзоляц1ю у вигляд5 кои-б1нацп гвинтових пружин (в!бро{золягор) та гумових еламзт^в (В1брогаситель). Кошалев В.П. та Носов B.C. запропонували niri-шаботну в|бр013оляц{ю у вигляд! листових ресор. У першому ви-падку строк д!'£ в1бро1золятора обмежений довгов1чи!стго гута, в другому - втратою дешф!руючих властизостей. ресор внасл!док ста-р!ння граф!тового мастила.

У Сх i дноукрахнському дэрлавному ун1верс1ггет1 розроблена конструкц{я п1дшаботноУ прокладки ковальського молота, яка ви-готовлэна з гофрованлх сталъних лист!в, Конструкц1я дозволяе за-безпэчити наШйну роботу протягом 12 рок is без арсмхжлЕх ремонт1в f техн{члого обслутовусаиня, забезпечуе вимоги ГОСТа 12.I.012-78 волод1ши яри цьому ниэькою BapTicno 8'...121 в!д BapTocii молота.

Сднак, наделить в1дзяачлти, що в1бро|золяц|я шабота ковальсышх молот!в за допомогою гофрованих стальних лист1в в1льна в!д недо-л!к1в властивих конструнц!ям, наведении вида, в она усе-тахи "мае наявн!сть динам^шик кавантачань на Фундамент в1д очл тертя " у в1бро1зодятор1.

Неэважалчи на велиху р1зноман1тн1сть техн1чнж р!швнь на Шдшаботну в1бро1золяц1х> у в!тчизнян!Й; 1а заруб!жн1й прахтши, у наш чао в!дсутн1 техн1чн! р!шеняя, ягЛ забезпечузали б заноб!-гання в|дриву шабота кувального молота з1д а1бро!золятора при первому зм1щвнн1 шабота вверх. Утворення зазора м!я шаботом та в!бро1золятором знлжуе над{йн!сть молотовоХ установки, тому що у зазор попадае окалина, ши 1 т.1., що призводить до перекосу шабота, втратя паралельност! м1я робочями площинами I в Щдсумку поПршуе експлуатац1ан1 характеристики кувального молота.

Анал1з теорапянгос р1шень, пов'язаних з розробленням в!бро-1золяцИ базуеться на досл*дженн{ механ1чних систем з одним I дзома ступенями свободи.

Визначення часу затухания коливань { граничите зкачэнь коей 1ц!ент1в выносного тертя виводиться зз результатом анал!зу одяочасозо! механхчно? сиетеш! демпфировано? силами юрт я про-порнДЯндан змИценнв. 1з провэдеяого анализу систеым з однда ступеней свобод и молша вивзстд, цо для запоб!гання в!дршу шабота гунмъиого молота в1д в1бро1золятор1в необх!дно зб{лыпити статич-ну дзЬоршц1ю настмькя, цоб 11 величина була б1льшв В1Д першо'£ а?лал{туди при зглйенн! шабота вверх.

При Вйзначенн1 коливань фундаменту вгкористоэуготься класич-;п р1шення в 1льких колизань г.:?.:ан1чно'1 система з двома ступеня-свободи. Р!сення дк1!еренч!а'1ьн1Х тпвнянь дозволяв одэркати • ' ".пхеть для визначенлт сорсгкоот! е1бро!золятора на ооновг

максимально допустимого озредньоквадратичмого знач-зинн. в{брсщвэд-кост! фундаменту,' заданого ГОСТом 12.1.012-73. При р1ыэнн! р1в-нянь руху мае молота, ночаткове эм1щзння шабота прир1энювться до нуля, однак !з анал!зу наведеного у пврш1й гиаа1 вишшвае, що шабот мае початкове зм!щення у межах "мертво!' вони". Нэзважаючи на те, що механхчна-оистема з двома ступенями свободы винчена до-стетяьо позно, в техн!чн1й л!тератур1 немае ЫдомоотеС про назначения параметр!э механ1чао'1 сиетеми з двома ступенями свобода I трьома пружними зв'язками (випадок, коли будова Шдшаботно? в!бро$золяци включае аопередньо затягнен! пружина, як! спирають-оя на шабот).

Розрахунков! парамэтри В1бро1золяц1]( для деяких кувальних молот!в за методикою, що передбачае розрахунок параметров меха-щчно* система молота за умовою обдаження с редньоквадратичного значения.вМрошввдкоот!, заданого ГОСТом 12.1.012-78 на норш технологично': вМрац1Х, п{дтгшрджують наявнЮть зазора .шаботом та в!бро1золятором.

Г5 анал!зу методики розрахунку прушшо-реоорно! в1брохзо-ляц11, виконапо'1 1лЫчовид З.А., можна зробити вионовок, шо чим больше еяли т-.ргя у в!бро1золятор1, тим б!льшв динам!чна складо-ва, д1ыча на фундамент 1 б!льше акпл!туда його коливань.

У лртт!И ужв1 поставлен! такх заздання досл!джекня:

1. Провести англ 1з мзхангчнох сиотеми з одним студевем свободы при однооторонньому де:лпЬ{рувапн1 1 дво-ла ступенями свободи з трьома пружними зв'язками для коливань шабота.

2. Ьлзначити умоэи, що ?апоб!гають розкриттю отж!в ы!ж опорными повэрхнями шабота та в1бро1золятора.

3. Провести теоретичне доол1дження характеристик п1сляударного поливального руху шабота та фундамент/ кузального молота.

4. Розробити конотрухцП Щдшаботно! в1бро13оляц11 кувальнкх мо-лот!в, як! запосЗ!гають в!дрив шабота в!д в!бро!золятора i вик-лючають динам!чн! навантаження на фундамент в!д сил тертя у в!бро!золятор!.

5. Розробити методику розрахунну п}дтаботно? в!бро!золяцГ/ ку-вальнюс молот !в.

6. Довести лаборагорн! випробування п1дшаботно? в!брэ!золяцП на колотов!й установи! з маеon падаю чюс частин 160 кг, отнята адекватн!сть математичного ошгсу досл!дним даним.

7. Впровадати результати роботи у промислов!стъ i оц!нети 1х економ!чну ефективн!сть.

У тоет it глав! , представлен! конструкцИ п!дшаботноХ Bi6-ро59оляц!у, що sanodiraoTb в1дрив шабота кувального молота вЩ в1бро!золятора.

7 першому вкладку використовуютьоя навантат.узальнt пристро? у вигляд! пневмоцшг!ндр1в односторонньо! д!1 з вертикальним роз-м|щеоттм ооi закр!шюнкх на фундамент! i взаемод1ючих з шаботом молота.

7 другому випадку в!бро!золяц1я шабота зд!8ошобться за таков схемою. Шабот установлтсетьсяГ на в|бро!золятор. На фуадамэн-т! за:-ф!шген! п!двалинл, як! взаемед!ють з попереднъо затягнени-. ми пружинами, як! спррагатьоя на шабот i надають йому додаткове перем!щення, 140 зб!льшуе статичяу деформац!» в!бро!золятора.

Запропоновэн! техн1чн! рИпэння коша викоркстовувати при будь—як ому вил! пгдшаботно"! В1бро!заляцп: пружинно'/ з гас!нням коливанъ силами.тертя, рэсорно!, на основ! пакэтis 3 годоовано? лкстозо? стал! та !н.

Рхшеяа механ1<гна система з двсма ступенями свободи { трьо-m лрухталк зв'язками. Става схема показана ча рис. I.

Мзхан1чяа схеш молота

Силоэа схема

| Нн(Л2)

ГПг

Т1?пС)(г-Хф) Ъ Ип(У2-

//У/УУУ

ГПф

ии(хф-щ | мг х-р

Рже. I

Лвняння руку мае онагекз кахяь ввд: п)х*г + (Кн + Кп)Хг,- (К* + кп)Х$*0;

(2)

де Юг - маса вабота, ГПф _ цаса фуняамэнту,

- авраШцэвня шабота та фувдананту,

- яорстк1сгь прузшн наваитагония, в1бро1зо.€яц* ? та фундаменту.

Пгсля рШенвя система дв$ерекц1ажьннх р1ввяиъ, лра початко-внх умовах Хг(0)=О , ^¿'(0) =У0к1 , Уои - почагкова ввндк1оть шабота, Хф (6)*Хф(0)=0, була анаШхена залежн!сть для розра-

xjbxj власвкх частот коливань сисгэмй

i

Кн.*. Ко + Кн+Кп + К, m¿ m?

Ки*Кп Ки+Кп'Хг тг Мф

(ä)

_ А 15ы±1 _ тг щ •

Власн1 частота коливань сиогемп з даома отупааяш свобода i двома пружтми зв».язкамя, як в!домо, зтхоцШо за форчудйя!

г /

Анализ piBHSîb (2) та (3) похазуе, що ( + ) э (2) в!днов1даз э (3), ?о<5го шрамэгра скстемл па зШвдагься,

якщо часгкяу aopcïKOcri парзяестн ка прушш наваягакэаяя.

Умова в£дсу?ност1 зазора, вря впкоркзтагш! иаваагагуваяьйо-го прЕСтроз у зяглад! пгевшцвл!ндр1в, згшшйт*ся

M m*

KnîKr

-4

Кп Кг

<Э)

ШЬ 4- -£- >Аг "¿jo"" ,

да F - сяла ка поряш! анбВмоцял1няра,

- ®зрпа ашя!туда "взорх", ?еб?о суиарга ста*ятаа'двфориац!я тйбромодягора поаетпа dy?a 61льез в!д mpaoï vwItjäs пра вмицзнн! кабога snaps.

Яра закоргсталд! аазаягазувпльпзх npscspoïa у вгглдд! аопэ-редкъо затягяекях пруоя К80бх1дя0 враховувагн ¿Годёфжааяя"гяж1К умоз:

I. В1дсутн1сть sasopa uln «adoтом га эМроЬольованоа прокладкою,

»operator* яко| K(¡

fi + H* 8- > fr, Ло

2. В1дсугн1сть газ opa Mis Eaíorou ra цругкнает тавакгагегшя, sopcTKicTb ягеих Д'^

-El. - ß^JUiß- ^ л h Kfí es)

да /(, - пэргл амгШтуда я»шив.

Bisnoatnao до (2), aapavaîpa кодивакь Kaxaîii4iioï сксгогш to suiHCDTbCß, ягщо настану sopcreocTi »1бро1золятора варэнести да npjnnrs каваэтагепяя. Тсцу сдравэдлЕЕа písaicrb

Kq+ Kf¡* Kfí t (7)

до KÓ - sopcTKtcTb в1бро1золяцП, розрахокша ка oenosi шкел-1'лльао допустимого сяроддьс^сгадратичаого злачз&ш Biópo-сведеостi яа ГОСТом 12.1.013-78. Для того, цоб знайти яорстгйсть пружин Ки, Kn I ввлктезу сшш затягаяня пруит ^ , схлздвно систеку ptBHsa

А"/? К H =

1Г = ,

Лп Кл (8)

ÍELu Ь+МЗ-т Д

[Ки Кп

Розв'язавши систему р1в;!яль, отрицаемо так! залеяност!

Четверга глава прясвячена доелШсенню характеристик п!с-ляударного коливального руху шабота та фундаменту.

Для втаначення параметр!в пЮляударного коливального руху шабота та фундаменту, розглядалась динам {чиа модель, у вкгляд! двохмасово! механ1чяо! система з двома ступенями свободи.

Р1вняння руху подапться отак

Кп [х2-Хф)-0, ГПф2<р -КпХг * (к„*Кг)Хф*0. СЮ)

У Щлому ряд! роб1т подано р1шення система у вкладку, коли яочатковб зм!щення шабота дор1внввалось нулю. У иашоыу випадку початкове эм!щзиня шабота дор1знсе 0Со, тобто шабот нозе зиахо-диткся у мехах "мертво! зона". Найб1лыяе значения Хр буде у тому вшгадку, колк шабот знаходиться в нижньоку положена! на крав "иэртвоТ.зонн".

Введемо зм!щення шабота у межах "мертво? зони" у початков! умовн р!шенпя (10) I оц1ннмо його вплив на реахцН система шабот--Фуидамент. Ирл Ь-О

ОС2 - ОСс, ССг = ]/0ц , ОСер - 0} -Х<ф -О .

П1сля р1пэяпя система (10) з урахувоЕням початкового зм1чдн-■ ■ габота, були одержан! так{ алажносг!

А, В ..... Ро ** , А - РоМ

с^ь^Щ^,-} ' согтгсои2(А-/1Т

де - фазов! кути,

Ац - ашгл1туда основно? форми жсшгвань, ^12 - аюлхгуда другох форма колзвань,

К + Кг-тры? >

^ Кп * Кг-П)<р ¿¿>лг Жорстк1сга в1бро!заляцг1 назначалась з вирагенпя

йь^и^Ш сом, , " &> ' (12)

ДО

т-

ашШтудне значения вхбропввдкост! Фуаданэкту, вв-значэнос на освоз1 ГОСТа 12.1.012-78. Пор1внюята виражання (II), (12) з урахуванням початкового зи^ення I без нього, докяа в1дзначот2, що вони Шдр1зняються наявн1стю , .

Викорнотаиня (II), (12) для всШ гаш ковальськкс иолот1в дозволило зробити висновок, до значения основно! I друго! аши1-туд коливань шабота, в1др1зпяються з{д в1докаг значокь на 4-8,?, 1 цо дозволяс зробити висновок, цро те, що наявн!сть початкового зм!щення шабота полота у мехах "мертво! зоии" треба враховувати при визначзнн! хорсткост! з1бро1золяц11, що забезпечус виыоги ГОСТа 12.1.012-78 "Вхбрац!я. Загальн! вимоги безпеки".

1з алалЬу коливань фундаменту молота з урахуваяням сил тертя у вхфкц.чолггор* х з урагузяяяям "мертво? зонн" накиа

¿изестн, то для зшпгоння динам1чних навантахень на фундамент не-1 обх!дно забезпототи односторонне дот$1рування колизаль иабота.

Запропонована кодструяШя я1<5ро1золяцН кувальлого колота (рис, 2) викдючае дгакш1чн! навангаяеиня на фундамент в*д сил тертя У з1бро1золятор1, при збэрежога! в1бро1аосгьованих характеристик«

Ку? розтаиування фржц1онноГ пара до вертккальвоХ ocl молота р1ваяетьсд

■ ^ aut¿ А (13)

да р- - коеф{ц1спт тертя фрикц{ото! пара в|брогасвгеля«

На рис. 3 показана cxesa сил при napeaineniit яабота вида, Яяцо сали розгласти на горкзонтальн! та вертикалья! складов{, то вертикальна складова в!д сил тертя Рпр, i вертдааяыга сядадова нормально! сила Р иаюгь однаксву величину 1 вроуще®щ| йаяряа, тобто

Рл'пЦ- Fmp Co-Slf = О. си>

'Гак. as. вЮро1золяц!я псредбачае попарно сикетричвэ, в нос л о вертикально? cet молота, рози1щеняя BidporacirreJiB, то горизоя-талья! складов! сил Р та Fmp будуть вр!вяоваяуваться тахааи s силаш, дйяюш иа пабот з боку слыетркчного в!брогасетеля. Значить, переШщення иабота вниз п!сля удару падавчих частил бу-дэ зд!йснвватися без наваитазееняя в{д сил тертя у В1бро1золяторЬ

Р1внякня проекц!й сил Fa вертикальну Btci, при переи1аеин1 забота вверх мае вигл яд

Pi LU if + Ftnp C-Qflf « Z Fmp . ^

Будова в1бро1золяцП кувалыюго молота

х\\\\\Л\\\\хХ

I-пабот, 2-фупдаи.зит, 3-цшЦвдршш1 пруайка, 4-в1брогаоиоль, 5-п1двал2на, 6-гвнятоЕа capa, 7-пругшш наваятапашт.

Peo. 2

Схема дП с;:л при перзаЩашт! Схека дiï сил при nopout-пабота внк;- ___ garni шабота вворх

JÍ- ^ Fr Р fir

Ж/

К'

Рис. 3

Не значить, по при пзрек1щенн1 шабота вверх в!н (Зуде аязна-ват« оп!р з боку в!брогасител|в пост!йно! сила, яка дор!внюе под-»18н!Я вэлачжн! проевдН сел гэртя, що буке забезпечуватн ефек-тжвно затухания коливань. Зеличина зманшення амлл1туд кояивань, ара пврем1щенн1 шабота вверх, р!вняетьоя

дх*

2

К,

п (16)

Д»ята глава прзгсвячвна п1диаботн!а в1бра1зояяц1Тг кувальних малот1в э одностороянШ демп£|руванням.

Розроблена методика розрахунку реакцШ однотасово? механ1ч-яо! снотемн при однооторонньоиу дешШруванн!. Р1шення система ад1йснввалось за схемами навантаяення та розвантаяання. Пря руо! зазз (яавантакення) система характеризуемся жорот*1ств -Кмь . при рус« вверх (розвангажеяня) -Кр • Показано, що кохна непарна ашШтуда (розвантакення) змэннувться на величину "мертво! зонн", а кояна паступна за нею парна збер1гавться (наванталэяня). Максимально число п1впар|од}в розвантажеяня до прашгаення калжвань

А,

/ I

П * 3>

де Л же* -

Лу - в9личша"ыертв0? зони",

М - маеа иабота,

)4> - початкова ввидк1сть шабота,

Пс—

а I щ - частота коливань шабота. Чае затухания коливань

(17)

Ь3 = 0,25 [^2Л & (Тр + Т},)-Тц]

це Тц - пар! од навантаження, Т/, % ^/сл^ц ^ Тр _ парI од розвантаження, Тр =. 2.2й/^г/^ } !\о - число п!впер!од!в розвантаженяя. Для эфэктивно! робота вЮрсцзоляцН час затухания холя-ват не повинен перевицуваги часу иодв^йного ходу . У иежах якого ионе в!дбугися Но П1вгор10д1в розвантааеная або пер!о-ц!в коливань ,

л 2 2-

Тн + Тр (19)

Шдставляючи у (18) значения По зам!оть tl визначимо aiHiisajibHO допущений коеф!ц!ент в!дносного тертя, що вабезпечуе .атухання коливань „-, . ,

(20)

Ддя ефективност! роботи в!бро!зодяцй" Ее оба Дно, щоб шабот »иходив 8 "мертво? зона" при першому. пореШщэнн! зверх

A z > АУ- (21)

Якщо (21) не виконувться, рух шабота стане апер!одичним, : система в!бро1золяц!1 втратить демпф^уюч! влаотивост!. Макси-нально донущенний коеф!ц!ент выносного тертя, при якоиу шабот нкодеть з "мертвох гони" знаходимо за формулою

Уь со»

= ТдТМн ' <22)

При розробц! методики розрахушсу та цроектування в!бъо!зо-яц!1 було знаДцено зуоилля, яче д!е ва фрякц!онну пару в!бро-асител1в, в!дпш!дно до умов затухания коливань

ft

Q, АЦ'Кп

Z-2-fintp 1 (23)

А

Д0 ЛЦ - величина "мертво? зони", AU - -рг~ /

/2о _ число парiодiв коливань шабота на основн1й частот!.

яг

- частота коливань вабота, а v nii " > Н - к1льк!сть в1брогасител1в.

Розроблений порядок розрахунку дараметр1в пружин дозволяв вижористовувати !х у хонструкцН в1бро!золяц!? з одностороиаШ деипф1руваиням.

¡Поста глава приевяче,на ексдериментальним досл!давнням з кетою обгрунтовуваяня об'ектявност! методики розрахунку i сщер-хувакня даних про параметра коливань мехая1чно'1 система. Ори экспериментах використана cepltoa танзомвтрична, рвеструача та аиы|рЕвальна апаратура, така, як: тензомзтричняй Щдсюговач 8AHI, св!тлопроменевий осцилограф HII7/I, сейсмоцриймач.1 С320 (ГОСТ 13002-74, ГОСТ 13805-71) та !н. Лабораторн! вппробування проволилиоь на пароповtтряному молот! з м.п.ч. ISO кг. В экспе-ремент! ф!ксувались: xix падаючих частин ( вякористаний сгрушшй хедограф ), ходограма коливаяь шабота (застоеована балочка р!в-ного опору 8 наклееншли тензодатчиками), шввдк!сть переменяя Фундаменту (вш.эристан! сейсмоприймач! СВ20).

Як1сяий анал!з осцилограм показав, шо збор!гаються загальн! законом!рност! коливань, законом1рн!сть знтаеяня амгог1туц коливань за кодний п1'впер!од розвантаження i в!дмыи в!добраяазоть т!лькя к!льк!сн! зм!ни, виюгакан! р!зницею у величинах ударного 1мпулъсу. Шлькгсна оц!нка експериментальних даних виконувапась у В1Дпон!дност1 з ншогами ГОСТа 8.207-75 "Прям! внм1ри з бага-

торазовими спостережеанями. Мзтоди обробки результатiв спосте-режень". Анал1з результата величин абсолютного зм1щення набота i в!брошвидкост! фундаменту, дозволяв виявити таке:

- експериментальнt значения ампл1туди коливаяь шабота t в!бро-швидкост! фундаменту налохягь нормальному розпод!лу (ампл1туда - 0,7404< 0,8571 < 0,8625, в!брошвидк!сть -0,7404 < 0,8363 < 0,8625), при дов!рч!й 1ыов1ряоот1 0,95, де £¿ - розрахункове, Олч та ¡¿таг - таблична значения скла-дового критер!ю за ГОСТ 8.207-76;

- uexi похибки результат!в вим!р!в складагть 8,5% та 10.5% при , дов!рч!й tMOBipHOCTt 0,95;

- в!дтворюван!сть експеримзнту забезпачуеться ири дов!рч!й 1мо-в1рност1 0,95 i п!дтверд*увться (? -критерхем Кохрена, (амшйтуда - 0,2055< 0,2612. в!брощвидк1сть - 0,2592 <0,2612), де G1 - розрахункове, Окр ~ таблична значения критер!ю;

- адекватн!сть математичного опису досл!днии даним додаркуеться при дов1рч!й iuoBlpHOCTl 0,95 í Шдтвердхуеться/"-критер!еы Ф1шера,

(ампл!туда - 1,462 < 1,65, в!брошвидк!сть -1,467^1,65), де F- розрахункове, F*p - табличне значения критер!ю;

- меж! похибок математичного опису ампл!туди та в!брсшвидкост!, розраховаи! so дисперс!* адекватност!, складають ±7,5% та ±13,52 при píbhí значущост! 0,05.

Шдшаботна в!бро1зсдяц1я вдровадяэаа на нневматичноку яу-вальному молот! M4I8 з ы.п.ч. 1000 кг Стахановського вагонобу-д!вного заводу. Експлуатац!я в!бро!золятора забезиечуе нормаль-ну роботу молота у в!дпов!дност1 з вимогами ГОСТа 12.I.012-78 до технолог1чно'1 Bi6paui'í на робочих ы!сцях i запоб1гання утво-рення зазора Miit шаботом та в!бро1золягором. Еконотачний ефект

з!д впровадження результата роботи склада« 12,16? тис. кр<5. (пайовий) у ц{нах 1991 р.

ЗАРШН1 ВИСНСВКИ

1. Вгаюги ГОСТа 12.1.012-78 до технологично? в{брац{1 на робо-чюс м!сцях забезпетуються п!дшаботною в!бро1золяц1ею, сднак вона не завдИгае утворення зазора м{ж шаботом та в!бро!зо-лятором для кувальних молот!в 1 створюс дЕнам{чн1 навантаасен-ня на фундамент в!д сил тертя у в{бро!золяторах, шо не ефек-тивно 1 внмагае вшяукуваняя нових способ 1в в1бро1зодяц!Х.

2. Запропонован! конструкц{ 1 пгдшаботно! в!бро13оляцГ1 кувальних колот1в дозволягть задоб1гти утворення аазора м!х шаботом та в!бро1зодятором, а такоа ветатчитн динам!чн! навантаження на фундамент в!д сил тертя у в!бро1золятор1.

3. Проведан1 теоретичн! дослШження характеристик пЮляударного колявального руху шабота та фундаменту кувального молота доз-воляють зробити висновки:

- наявк!сть початкового зм{щення шабота молота у межах "мертво! зояи" треба зраховуватя при визначенн! яорсткост! вхбро-1золяц1!;

- для знижечня динам1чнгх навантажень на фундамент молота не-обх!дяо забезпечити односторонне демп$1рування коливань шабота.

4. Запропонована методика розрахунку та проектування Шдкаботно! в!бро|золяцИ дозволяс забезпечити вимоги ГОСТа 12.1.012-78 "В1брац!я. Загальн! вимоги безпеки"„ Визкачення ампл!туд коливань, часу затухания коливань, граничних значень коеф!ц{ент!в в1дносного тертя, зусилля д^ъчого на фриаЦонну пару в1брога-сител1в зд1Йснюсться за анал!зои одномаеово! механично! систе-

их прж односторонньо5.1у демп£1руванн1. Визначен! умови, по за-поб!гатимуть утворенню зазора м1ж шаботом та в!бро!зодятором. Розроблений порядок розрахунку параметр!в пружин, застосованяс при в!бро|золяц!1.

5. Експериментальнх досл!дження в1бро1золятора на паропов!тряному молот! з м.п.ч. 160 кг. п!дтвердаують об'бктивн!сть роэроблено! методики розрахунку параматр!в Щдшаботно? в1бро!заляц!Х i пра-цездатн!сть запропонованоХ конструкцН в1бро!золяц!1. Оброб-ка експервментальних та розрахункових значенъ ампл!туди коли-ваяь шабота та в!брошвидкоот! фувдаменту методами матеиатично! статистики дозволяв вивести, що експеримеятальн! значения амл-л!туди та в!брошвкдкоот! належать нормапому розпод!лу; мех! псосибок реэультат!в вим1р!в складають 8,5,? i 10,5£ при дов!р-ч!й !мов!рност! 0,95; в!дтворюван!сть експершенту п!дтверджу-еться критер!ем Кохрена при дов!рч!й !мов!рност! 0,35; адекват-н!сть математичного опиоу досл!дню* даням п!дтверджуеться крите-р!ем Ф!шера при дов!рч!й ímobíphoct! 0,95; ыэж! похнбох, роз-рахованих по дясперс!! адекватное?!, для ампл!туди коливаиь шабота складають ±7,5$, для в!брошввдкоог! фувдаменту ^13.5% . при plBHi значущост! 0,05.

6. Експлуатац1я в!5ро!золятора на пневматичному кувальному молот! з м.п.ч. 1000 кг забезпечуе нормальну роботу у в!дпов!дност!

8 вимогами ГОСТа I2.I.0I2-78 до технологий? в!брац!Х на ро-бочих м!сцях i запоб!галня уТворення зазора м!ж шаботом та в!б-ро!золятором. Економ!чний ефект в!д впровадження складас 12,167 тис. крб. (пайовиЛ) у ц!нах 1991 р.

Основний зм1ст дисертацП викладеннй в таких роботах:

1. Рей Р.П., 1^гько Ю.И., Суихсва Т.С. Механическая оиогема ковочного молота о дополнительной упругой связью шабота /Еоогочиоукр.гоо.ун-г.-Луганок, 1994.- G о.-Деп.в ШТБ Украины 25.01.94, й 168-Ук.94.

2. Рей Р.И., Еугько Ю.И., Супкова Т.О. Влияние фрикционных гаои-телей на параметры колебаний оиотеш шабот-фундашэнт /Вооточ-ноукр. гоо. ун-т.-Луганск, 1994.-5 о.-Доп.в ШТБ Украины 25.01.94, J5 IGD-Ук. 94.

3. РеЗ Р.К., гутько Ю.И., Супкова Т.С. Повышение иадежнооти виброизоляции ковочного молота /Зооточноукр.гоо.уи-т.-Лугшюк, 1994.-6 О.-Деп.а ШТБ Украины 25.01.94, Jü 172 - Ун.94.

4. Р/гько Ю.И., Суикова Т.О. Уоловия предотвращения отрыва шабота от виброизояятора ковочного молота /Вооточноукр. гоо. ун-т. - Луганск, 1994 - 6 о.-Деп.в ШТБ Украины 25.01.34, Л 170 -Ук.94.

5. 1^гько Ю.И. Расчет вараиатров прукпн применяемых- при вибро-изодяцгш кузнечных мологов /Вооточноукр. гоо.ун-т.-Луганок, 1994.- 5 о.-Деп.в ШТБ Украины 25.0I.S4. й 171 - Ук.94.

6. З^гшсо Ю.И. Параметры подшаботной виброизоляции мологов

о односторонний демпфированием /Вооточноукр.гоо.ун-т.- Луганок, 1994. - 4 о.-Деп.в ШТБ Украина 10.03.94, JS 474 -Уя.94.

7. 1^тько Ю.И. Анализ колебаний фундамента кузнечного полота /Вооточноукр.гоо.ун-т.-Станок, 1994 - 4 с. Деп.в ШТБ Украины 10.03.94, В 475 - Ук.94.

8. 1Угьяо Ю.И. Динамические испытания подеаботной виброизоляцни кузнечных мологов /йосгочиоукр.гос.ун-г. - Луганск, 1994.

^ # ^ #

л. восточноукраинский государственна университет %

На правах рукописи

СТОЯНОВ АЛЕКСАНДР АНАТОЛЬЕВИЧ

УДК 621.623

разработка и освоение комбшированшх технологических процессов прессований слошшрошлшх васокоточш деталей из кизк0легир0ваншх п0р011к0в

05.03.05 - Процессы и маашны обработки давлением

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Луганск, 1994

Работа выполнена в Восточноукраинском государственном университете на кафедре "Машины и технология обработки металлов давлением" механико-технологического факультета.

Научный руководитель - доктор технических наук , профессор Лещинский В.¡4.

Официальные опоненты - доктор технических наук , профессор Лаптев А.1А.

- кандидат технических наук Львовский U,М.

Ведущее предприятие - ЛУГАНСКПШШП

Защита состоится 1994г. а ¿9 часов

на заседании специализированного совета в Восточноукраинском государственном университете по адресу: 348034> г.Луганск , квартал Молодежный, 20-а.

Справки по телефону: /0642/ 46-67-88.

Специализированный совет К 068.44.02

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Восточно-украинского государственного университета.

Автореферат разослан "«I1994г.

Ученый секретарь специализированного со

кандидат технических

ОШЯ ХАРАхСТЗРЛСГИКА РАБОТЫ.

■Актуальность проблемы. Обеспечение машиностроения и других областей техники высококачественными заготовками сложной формы из металлических порошков на основе железа, является одной из основных задач обработки давлением порошковых матвриа -лов. За последние 10-15 лет в нашей стране и за рубеном освоен выпуск легированных железных порошков, применение которых позволяет повысить эксплуатационные характеристики деталей,увеличить их размерную точность, получать изделия сложной формы, и тем самым,значительно расширить их номенклатуру. Последнее особенно вахно в связи с расширением с£ары применения порошковых изделий в машиностроении,приборостроении и других областях.

Дея изготовления слоанопрофильных конструкционных дета -лей по технологии прессование-спекание широкое распространение получили железные порошки гомогенно- или частичнолегированные

Ш , Мо > Си 11 другими элементами. Они имеют высокую уплотняемое», обеспечивают высокую прочность прессовка и стабиль -ность размеров в процессе крупносерийного производства, что обусловлено отсутствием аффектов сегрегации легирующих добавок в порошковой смеси. Кроме огого,эксплуатационные свойства порошковых изделий,изготовленных из гомогенно- и частичнолегиро-ванных железных порошков находятся на уровне литых деталей, а в некоторых случаях дана превосходят их. Наибольшую актуаль -ность в этом плане приобретает разработка и организация круп -носерь&юго производства, деталей типа шестерен,что позволяет устранить высокотрудоемкие операнда нарезки эвольвентного профиля модульными фрезами и долбякаш.и другие вида черновой и чистовой обработки резанием. Однако,получение шестерен из порошковых материалов,с учетом высоких требований размерной точности, сопряжено с рядом трудностей,основными из которых явля -ются:колебание плотности по объему прессовки, относительно ■ " высокие удельные усилия формообразования детали,жесткость до -пусков на колебание параметров зубчатого контура.

Традиционно упомянутые недостатки устраняются либо калибровкой спеченных заготовок,либо чистовой мр^анической обработкой, обеспечивающей заданную степень точности.

Применительно к деталям зубчатых зацеплений эти слособг мало экономичны и требуют сложной оснастки и оборудования. •

Поэтому актуальной является задача создания новых схем деформации и обоснованных деформационных рестмов, а также разработка новых комбинирозанных'процессов деформации порошковых материалов,позволязоидх получить высокоточные конструкционные изделий о однородной структурой и выаокимя эксплуатационными характеристика!.® без операнда калибровки и последующей механической обработки.

Цель таботн и задачи исследования. Разработка технологи -веских схем,методов расчета и внедрение процессов деформации мелкомодульных шестерен аз порошковых композиций на основе низколегированных материалов.

Для достиканяя поставленной цели в работе поставлены и решены следующие задачи:

- теоретическое обоснованна и разработка новых технолога-чес ских процессов получения высокоточных изделий, основанных на комбинированное использовании гидростатической и сдвиговой составляющей нагрукания порошковой среды;

- анализ макроскопического поведения высокоплотных порошковых сред на основе низколегированных железных порош -ков при простых и сложных схемах напряженного состояния;

- экспериментальная оценка вльяния схем и режимов натру -гаяия на характер рункций уплотнения и измерения сопротивления деформации порошковой среды при нагружении;

- разработка оснастки,опытно-промышленное опробование и внедрение технологачессих процессов получения сложно -профильных высокоточных изделий на основе комбинированного использования гидростатических и сдвиговых комло -нент деформации порошкового тела.

Научная новизна. На основании комплексного исследования процзссов де&ормации порошковых сред при Простых и слояных схемах напряженного состояния установлены:

- закономерности изменения.предела текучести твердой фазы порошковой среды в зависимости от параметров прессова -ния и особенности макроскопического.:поведеция- порошко -вого тела при деформации осавым сжатием;

- соотношения для расчета параметров напряженно-деформп -рованного состояния и физико-механических своЛств порошковых тел при сжатии со сдвигом;

- зависимость сопротивления дзрораации твердой фазы

■ порошковой среды от параметров напряяенно-дефорьгарован-ного состояния при окатим со сдвигом;

- снижение при ввадеки1 сдвиговых деформаций предела текучести твердой фазы порошкового тела в процессе .формообразования;

- соотношения.для расчета технологических параметров формообразования деталей тала шестерен с введением.сдвиговой составляющей деформации в пределах (f = 0,05...0,(5 j

- теоретически обоснована и экспериментально подтверждена модель деформации пороикових сред при прессовании с кручением,которая позволяет количественно определить характер уплотнения порошкового тела;

- проведен анализ влияния параметров напряжанно-де^орма -рованного состояния при формообразовании на уплотняв -мость и размерную точность шестерен;

- получено повышение плотности,снижение разноплотности по сечению изделия до а и уменьшение разброса кола -баниа параметров зацепления шестерен.

Практическая ценность и реализация тезтаьтатов рдбрты в промышленности.. Разработаны технологические процессы и оснастка для осуществления по комбинированной схеме формообразования сложнопрофильных изделия типа шестерен с высокой точностью.Про-веденные теоретические ш экспериментальные исследования позво -лам:

- разработать технологию и внедрить в производство ресурсосберегающий технологический процесс комбинированного прессования детали ".Венец зубчатый" с годовым экономи т-ческим эффектом I мдрд.крб. в ценах 1993г. на програ:лму 500 тыс. штук;

- разработать технологию, спроектировать оснастку и провести опытно-промышленное опробование изготовление деталей "Шестерня топливного насоса подогревателя" и "Шастерня промежуточная";

- предложить методику расчета технологических параметров комбинированного прессования деталей сложной формы.

Апробация Работы.На респуйликанском научно-техническом семинаре "Физика и мзханика пластических деформаций порошковых материалов" Луганск,199I;республиканской научно-технической кон-

ференции "Проблемы зубчатых передач и ре дукторо строения" Харьков, 1993;: 1У международной научно-технической конференции "Проблемы развития локомотивостроения" Крыт/, 1993; на зональных вузовских научно-технических конференциях и семинарах, посвя -щенных разработке и исследованию новых материалов и технологий, Луганск,1989-1392гг.

Публикации. Основные результаты выполненных исследований опубликованы в 4 статьях и I авторском свидетельстве на изоб -ретение.

Структура и объем габоты.Диссертация состоит из введения, 5 глав,общих выводов,списка использованной литературы и приложения. Она содержит 152 страницы машинописного текста,85 ри -сунков, II таблиц и 137 литературных источников.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении обоснована актуальность рассматриваемых задач,сформулирована цель и задачи диссертации.

Первая глава посвящена обзору литературы.На основании ¡анализа литературных данных показано,что технология порошковой металлургии является высокорентабильной,высокоэффективной и гарантирует большую экономию металла при переводе на изготоа -ленив данным методом большинства мелких и средних сложнопрофи-льных конструкционных деталей,используемых в машиностроении.

Именно по этому пути идут ведущие зарубежные фирмы,вы -пускающие автомобили,бытовую и оргтехнику,т.е.самые массовые виды продукции.

Общая тенденция мирового производства конструкционных изделий из низколегированных порошков на основе жэлеза-посто -янный рост объема их выпуска.

Рассмотрены современное состояние теории,технологии деформации порошковых материалов при различных схемах деформации и технологические процессы формообразования изделий из порош — ковых композиций.Показано,что процесс прессования порошка при формообразовании детали,является сложным,многостадийным и многофакторным процессом,зависящим как от- свойств материала, так и от параметров напряжзнно-де^орййрованного состояния.

Основными свойствами порошкового материала при дарормации являются сопротивление течению твердой разы порошковой среды,

сопротивление сдвигу мззду частицами и интегральное сопротив -ление деЬорыании,обусловленное эррзкта-ди упрочнения как меж -частичных контактов,так и материала частиц. Параметрами напря-■ »энного состояния шнно влиять на интенсивность и направлен -ность процесса уплотнения,изменяя соотношение гидростатической и сдвиговой составлявших,приложенных к деформируемому объему.

Среда рассмотренных технологических процессов выделены наиболее современные,в которых используются наряду с нормаль -ныш сдвиговые нагрузки .на деформируемый объем порошкового тела,такие как прессование с вращающейся матрицей, с^еродвияная штамповка и др.

Проанализированы методы повышения размерной точности получаемых порошковых деталей.Сделаны выводы о том, что схема напрягенно-деформированного состояния при формообразовании детали влияет на характер распределения пористости по высоте и по сечению прессовки. Регулируя параметры схемы напряженно-деформированного состояния.в частности компоненты сдвиговой составляющей деформации, можно достичь более интенсивного уплот -нения,равномерного распределения пористости в теле прессовки , и тем салим,в конечном итоге,обеспечить уменьшение разброса и стабильность размерных параметров изделий в больших партиях.

Это дает возможность перевести на выпуск методом порош -ковой металлургии,в частности,мелкомодульные шестерни,исполь -зуеиш в топливной аппаратуре, которые в настоящее время изготавливаются по. .7. стелена точности ГОСТ 9178-81 на высокоточном зубонарезном оборудовании. Для расчета параметров технологического процесса изготовления указанных шестерен методом порошковой металлургии необходимы надежные методики определения и данные по оценке сопротивления деформации твердой фазы порошкового тела при различных схемах нагружония.Поэтому целесообразно проведение экспериментальных исследований по испытанию образцов на линейное сжатио,сжатие со сдвигом.

Обобщенное решение комплекса этих вопросов позволит разработать новые технологии и методики расчета комбинированных процессов прессования прощковых материалов при регулируемых сложных схемах напрятанного состояния.'

Во второй главе обоснован выбор материалов,дана характеристика методикам исследования,описаны экспериментальные установки. Основными материалами исследований являются частичноле -

тированный металлический порошок ПлН4Д2М ТУ 14-1-4393-8? . и гомогеннолегироэанный металлический порошок ПЙН2М ту 14-1-3882-85 выпускаемые Сулинским металлургическим заводом в соответствии с ГОСТ 9846-86. Образны для испытаний изготавливались из шихты, в состав которой входили графит карандашный ГК-3 ГОСТ 4404-78 и шнк стеариновокислый 1У-0Э-17-262-68. Выбор для экспериментального исследования именно этих материалов обоснован тем,что они обладают хорошей прессуемостью и формуемостью, обеспечивают высокие механические свойства и эксплуатационные характеристики , изделий после спекания,и,самое главное,практически безусадочное спекание прессовок из них,при условии соблюдения равноплотности по всему обьему прессовки.

Для изучения влияния схем напряженно-деформированного состояния на сопротивление деформации твердой фазы порошковой среды были проведены эксперименты по осевому сжатию цилиндрических брикетов и сдвигу призматических брикетов.Образцы для каждой серии экспериментов изготавливались из одинаковых материалов и при одинаковых удельных усилиях формования.Результаты экспери -ментов подвергались статистической обработке и по ним строились кривые уплотнения порошкового тела и кривые упрочнения твердой фазы порошковой среды.

Экспериментальная установка для испытаний на осевое сжатие показана на рисунке 1.0на состоит из контейнера1,пуансонов 2,базируемых по внутренней цилиндрической поверхности контей -нера.и измерительной системы 3,позволяющей регистрировать малые деформации образца в пределах .Испытываемый образец помещался между пуансонами.производилось нагружение на испытательной машине с записью индикаторной диаграммы и регистрацией показаний измерительной системы.

Экспериментальная установка для испытаний на сжатие со сдвигом показана на рисунке 2.Она состоит из Ш-образного нор -пуса,сжатого бандажом 4,в который вмонтированы бойки 2 и гидроцилиндр 3 для создания нормального давления .Измерительная система,включающая в себя индикаторы часового '. па с точностью измерений 0,002 мм,для измерения перемещений в направлении действия сдвигающего Рх и нормального Ру усилия /на рисунке не показана/.Образец I закладывается между бойками,с ториев ограничивается полуиилиндрическими щеками,которые входят в пазы бойков,в гидроцилиндре создается давление,необходимое для

Оснастка для испытаний на осезое сжатие %

2 - бойки, 4 - образец

рис Л.

Оснастка для 'испытаний на сжатие со сдвигом

1 - образен, 3 - гидрошлиндр,

2 - бойки, 4 - бандаж

рис.2.

Кризые упрочнения твердой фазы порошковой композиции на основе ШШ2М

о - 0% С; • - 1% С рис.3

Схема комбинированного Представительный элемент

прессования порошковой среды

а

рис.4

б

достижения необходимого нормального усилия и на испытательной машине производится сдвиг образца с запись» индикаторной диаграммы и показаний измерительной системы.Для уменьшения погрешностей эксперимента,нижний и верхний бойки отделены от стен короба сепараторами с шариками.

В третьей глазе приведены результаты экспериментальных исследований порошковых сред при осевом сжатии с целью коли -чественной оценки механизмов и сопротивления деформации твердой фазы данных порошковых материалов .Для этого по результа -там эксперимента были построены кривые упрочнения твердой фазы порошковой среды при испытаниях на линейное сжатие.

В результате анализа кривых получены данные,свидетель -ствующие о комплексности механизмов течения порошковой среды.

Так,пластическое течение проходит в несколько стадий : t интенсивного упрочнения,слабого упрочнения и предразрушения.

Соотношение механизмов течения /объемная деформация и межчастичное скольжение/определяет величину тадий упрочнения и соответствующие модули упрочнения твердой фазы порошковой среды при осевом сжатии в пределах 2,Ю4...15,104Ша для различных значений пористости. Несмотря на сложный характер течения, порошковый конгломерат имеет относительно высокую пластичность / ёр « 0,03/,что указывает на широкие технологиче -кие возможности формообразования порошковыхтел.Получены экспериментальные данные по влиянию содержания углерода в порошковых композициях на процесс пластического течения при осевом сжатии,которые необходимы для расчета технологических пара -метров процесса формообразования.

В четвертой главе обобщены результаты разработок по созданию методики расчета параметров деформации и физикомеха-нических характеристик твердой фазы порошковой среды при сжатии со сдвигом.Рассмотрена модель деформации тонкого слоя порошковой среды в сдвиговой прессформе,рис.2. Если при pea -лизаши простого сдвига /рис.2/ задается давление на плитах и смещение одной из плит со скоростью достаточно тонкого слоя / n/4<Sl/,TO в нем в каждый момент времени сохраняется решение,полученное из схемы сжатия тонкого слоя косыми бойками на основании континуального описания процесса.

По экспериментально определенным макроскопическим параметрам деформации Ул, ,Р ,РХ , Ц ,учитьгэая стандартные функиии пористости шаровой и-девкаторной части тензора напряжений с((19') и и тот факт,что параметр Ц , оп- •

ределящий соотношение между скоростями нормального и каса -тельного движений,становится перененкой величиной У* и должен быть определен в каждый момент времени,получены следующие уравнения для оасчега:

»

где

Д . ыФЬМУ) [<5у )2 М

Тогда

g WOT-;V^^*

¿¡л?' W

где 6J0 - предел текучести твердой фазы порошковой среды.

Для оценки указанных выше параметров проводилось экспериментальное исследование процесса простого сдвига в закрытой прессформе при нормальном давлении,Соответствующем реальному при уплотнении порошка на брикетах,размерами 20X10X3 мм с пористостью = 10,12,14%.Расчетами на ПЕЗМ IBM PC/XT получены зависимости параметров напряженного состояния от пористости брикета и угла сдвига,которые показывают существенное влияние сдвиговой схемы деформации на снижение силовых параметров процесса.Построенные по экспериментальным данным кривые уп рочнения твердой фазы порошковой среды на основе порошков Н2М и Н4Д2М /рис.3/ свидетельствуют о значительном снижении начального предела текучести по сравнению с осевым сжатием /на 2% для Н2М и 35$ для Н4Д2М/. Найдено,что огибающая кругов Мора при деформации простым сдвигом с различными гидростати -ческими давлениями является прямой линией,которая на оси касательных напряжений отсекает отрезок,численно равный пределу текучести на сдвиг,полученному испытаниями при бу =0.

Полученный массив экспериментальны:', данных обеспечивает информационную базу для расчета проиессоо формообразования изделий из порошковых материалов на осноэе Н2М и Н4Д2М. Зто особенно важно при получении сложнопрофильных высокоточных деталей,так как даже незначительные колебания плотности по объему заготовки,вследствие неравномерности деформации и,со -ответственно,неравномерности упрочнения таердой фазы порошковой среды приводят к существенному колебанию размеров изделия после спекания и,естественно.затрудняют соблюдение его точностных параметров,

В пятой главе приведены разработки по созданию комбинированных технологических процессов формообразования сложно -профильных высокоточных деталей типа мелкомодульных шестерен»

Дрлью данных исследований являлось создание модели и методики расчета технологических параметров комбинированного прессования,отыскание закономерностей их влияния на размерную точность и качество деталей,отладка и внедрение в производство технологических схем процесса,обеспечивающего заданную точность шестерен.

Для процесса комбинированного прессования с кручением кольцевых сложнопрофильных деталей типа иестерен рассмотрена ' модель представительного элемента порошкового тела при сдвиге, предложенная В.М.Сегалом. Тогда схема прессования кольцевой заготовки с кручением центрального стержня рис.4а представляется в виде структурной ячейки,показанной на рис.46. Для принятых условий нагружения при , 6"^=

при х=+А, у=+В и £ Д соответственно на основании решения системы дифференциальных уравнений равновесия,условия пластичности и ассоциированного закона течения получены соотношения для определения компонент перемещений.Решение задачи достигается исходя из соображений о том,что пластическое течение интегрального элемента порошковой среды подчиняется условию пластичности порошковой среды

При допущении,что отношение а/А достаточно мало для высокоплотной среды имеем: £

еЖ

При этом

т ТГ зк (»)

Анализ соотношений /5,6/ показывает,что накопленная де -формация сдвига Г слабо влияет на кинетику уплотнения порошковой среды /второй сомножитель /5/ стремится к единице/,в то время как предел текучести на сдвиг является с этой точки зрения определяющим параметром и обуславливает величину первого сомно -жителя уравнения /5/.

Технологические процессы комбинированного прессования с кручением шестерен исследовались на оснастке,установленной на испытательной машине УММ-Ю.Измерялись ¡общее усилие прессова -ния,момент и угол закручивания при прессовании.Экспериментально получены кривые уплотнения порошковых композиций на основе Н211 и Н4Д2М.На рисунке 5 показаны зависимости $(Р) 9 интервале- р=200,..700МПа,для Н4Д2М,из которых следует интенсифицирующая роль сдвиговых деформаций на уплотнение среды /кривые 2,обозначения см. на рис.5/.Сравнение экспериментальных данных с расчетными кривыми по соотношению /5/ показывает достаточную адекватность результатов эксперимента выбранной модели /в пределах 10^/.Следует указать,что введение сдвиговой компоненты деформации при формообразовании позволяет в среднем увеличить плотность порошкового тела при одинаковом удельном усилии прессования на 2...3% для всех исследованных составов. Согласно расчетам по соотношениям /5.6/ данный эффект является следст -вием снижения предела текучести твердой фазы при сжатии со сдвигом на 10-15%.Получено,что наибольшая эффективность применения кручения центрального стержня с малыми углами имеет место для интервала удельных усилий прессования 300...бООМПа.

На основании полученных результатов реализованы технологические схемы комбинированного прессования с кручением мелко-

Кривые уплотнения порошкового тела на основе ПШ4Д2М при комбинированном прессовании

300

Ш 500 500 ?0й р^Па

I - без кручения о - ОЙ С

2-е кручением • - 1% С

рис.5

Размерная точность и пористость детали "Шестерня поливного насоса" черт. 18.1106 036 - ЮП

12 3 4 5 в -7 г з <0 {{ а а щ

I - без кручения, т = 3,9 г. 3-е кручением ,у77 =4,1 г. 2-е кручением ,/77 = 3,9 г.

рис.6

модульных шестерен "Венец зубчатый","Шестерня топливного на -coca" и "Шестерня промежуточная".Размерная точность зубчатого контура шестерни топливного насоса оценивалась по колебанию длины общей нормали V/ , которое на одной детали не должно превышать AW =0,006 мм.На рисунке 6 помещены кривые распре -деления плотности зуба и W -Они свидетельствуют,что наблюдается корреляция между данными параметрами.Очевидно,что разно-плотность отдельных эубьез шестерни приводит к их различной усадке,что и сказывается на величине параметра длины общей нормали.Комбинация сдвиговой схемы нагружения со схемой все -стороннего неравномерного сжатия прессования обеспечивает большую плотность уменьшение колебаний плотности и,соответственно .длины общей нормали.Если при реализации стандартной схемы двустороннего прессования колебание длины общей нормали спеченного изделия укладывается в пределы 4W =0,01 мм, то при комбинированной схеме они находятся в пределах ¿W=0,005мм при допуске Д V/ =0,006мм.

Для реализации технологических схем комбинированного прессования с кручением в промышленных условиях спроектирована, изготовлена и внедрена технологическая оснастка для серийного производства детали "Венеи зубчатый" черт.60.IUI 062 топливного насоса двигателя ЯМЗ и опытно-промышленного опро -бования детали "Шестерня топливного насоса" черт. 18.1106 026 насоса подогревателя на прессах ПА-630 и П-471 в условиях участков порошковой металлургии Луганского завода транспорт -ных аккумуляторов и малого предприятия "Возврат-3". Серийное производство детали "Венец зубчатый" в количестве 500 тыс.ит. в год обеспечивает экономическую эффективность I млрд.крб. в ценах 1993 года.Ведется подготовка к производству детали "Шестерня промежуточная" Чугуевского завода топливной аппаратуры и детали "Шкив" Мелитопольсксо моторного завода.

всвода.

1. На основании комплексного исследования процессов деформации порошковых сред при простых и сложных схемах напряженного состояния установлены закономерности упрочнения твердой фазы порошковой среды.Показана многостадийность про -цесса деформации и произведены оценки механизмов структурооб-разования.

2. Разработана структурная модель деформации порошкового тела сжатием со сдвигом,на базе которой реализована на ЭВМ методика расчета параметров напряженного состояния и пределов текучести твердой фазы порошковой среды.

3. Установлены зависимости сопротивления деформации твердой фазы порошковой среды при сжатии со сдвигом и обнаружено снижение сопротивления дефоркаши твердой фазы пороазко -вого тела.

4. Разработана и экспериментально подтверждена модель деформации порошковой среды при прессовании с кручением, на основе которой оценено влияние схемы напряженного состояния на процесс уплотнения порошковой средн. Получено,что снижение предела текучести твердой фазы порошковой среды на 10 ... 15% при введении сдвиговой компоненты деформации приводит к увеличению плотности прессовки на 2..,3% при одинаковых удельных усилиях формообразования.

5. Найдено,что при формообразовании порошкового тела в высокоплотном состоянии целесообразно введение сдвиговых деформаций в пределах X =0,005...0,01. Это позволило создать надежную оснастку для реализации процесса в промышленных ус -ловиях на стандартных прессах-автоматах.

6. Обнаружен эффект повышения размерной точности пара -метров зубчатого контура мелкомодульных шестерен за счет увеличения плотности и снижения разноплотности по сечению прес -совки при применениии комбинированного техпроцесса,что дало возможность освоить производство шестерен по 6...7 степени точности по ГОСТ 9178-61 без доработки зубчатого контура,

7. Разработанные технологии и оснастка вк дрены в про -изводство с экономическим эффектом I млрд.крб. з ценах 1993г'.

Основное содержание диссертации изложено в работах:

1. Стоянов A.A..Мархайчук П.К. Определение физико-ме -ханических констант порошковой среды в сдвиговой ячейке.Физика и механика пластических деформаций порошковых материалов : тезисы докладов республиканского научно-технического семинара /Дуганск,1991г./, Луганск, ЛМСИ,1991.-72 с.

2. Лещинский В.М..Стоянов A.A. О связи между макро- и микропараметрами напряженно-деформированного состояния при деформации порошковых материалов.Современные ресурсосберега -ющие технологии получения и обработки материалов в машиност -роении: сборник научных трудов аспирантов и соискателей / Под ред. В.М.Лещинского.-К.:УМК B0.I99I.-92c.

3. Лещинский В.М„,Бурко В.В.,Стоянов A.A. Изготовление зубчатых колес методами порошковой металлургии.Проблемы зуб -чатьгх передач и редукторостроения: тезисы докладов научно-технической конференции /Харьков, 1993г./,Харьков,УКРНШМЕТ , 1993.-125с.

4. Лещинский В.М.,Бурно В.В.,Стоянов A.A. Изготовление зубчатых колес узлов локомотивов методом порошковой металлургии. Проблемы развития локомотивостроения: тезисы докладов

1У международной научно-технической конференции /Крым, 1993г./', Луганск,ЛМСИ,1993.-89с.

5. Авторское свидетельство № 1597473 СССР. Зубчатая передача Новикова. Шевченко С.В.,Утутов Н.Л.,Стрянов А.А./СССР/. - № 4606799/25-28 ; заявлено 5.08.1988; опубликовано 7.10.1990 Бвл.$ 37.-Зс.

Подписано к печати .£/,05.94г. Формат 60x84 I/I6 I п.л. Тираж 100 экз. Заказ K5Z.&

' Ротапринт В1ТУ г. Луганск, кв.Молодежный, 20а