автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Повышение производительности и качества обработки деталей типа "втулка" посредством применения гидродорнования

Введение.

1. Анализ способов гидропластической обработки деталей типа «втулка». Цели работы.,.

2. Методика проведения исследования.

3. Построение математической модели процесса гидродорнования деталей типа «втулка».

3.1 Определение толщины слоя рабочей жидкости в процессе гидродорнования деталей типа «втулка».

3.2 Определение расхода рабочей жидкости в процессе гидродорнования деталей типа «втулка».

3.3 Определение энергосиловых параметров гидродорнования деталей типе «втулка». •

3.4 Определение оптимальных параметров заготовки и инструмента дли гидродорнования деталей типа «втулка».

4. Результаты экспериментальных работ по внедрению процесса гидродорнования в производство и конструкторско-технологические рекомендации по проектированию инструмента и установки.

Широко применяемые в настоящее время процессы пластической обработки металлов жидкостью высокого давления , такие как гидроэкструзия , гидропрессование , гидроволочение , гидроштамповка и др. , имеют следующие недостатки затрудняющие их применение в качестве финишных операций обработки изделий типа «втулка»[ 1.55].

1. Значительная сжимаемость рабочей жидкости при давлениях порядка 1000 Мпа , приводящая к скачкообразному течению деформируемого металла и вызывающая снижение качества поверхности и ухудшение точности получаемой детали .

2. При сжатии жидкости происходит аккумулирование ею значительной доли потенциальной энергии , которая в конечной стадии процесса переходит в кинетическую , что обуславливает эффект выстреливания детали , т.е. резкое увеличение скорости линейного перемещения детали до 200 м/с . Это вызывает снижение стойкости оснастки и требует применения специальных мер с точки зрения безопасности труда.

3. Имеются значительные сложности в управлении процессом обработки и, предварительной подготовки материала заготовки.

В связи с перечисленными недостатками рассмотренные выше процессы на практике применяются лишь для предварительной обработки заготовок , после которой они подвергаются чистовым и финишным операциям обработки со снятием стружки .

Наиболее перспективным методом получения высококачественных изделий типа «втулок» , не требующих последующей финишной обработки , является гидродорнование [ 56.65 ] В ходе этого процесса производится комбинированное поверхностное и объемное деформирование заготовок , позволяющее достигнуть по внутреннему отверстию показателей точности соответствующих 7-му квалитету и шероховатости - ОД 6 мкм .

Сущность этого метода состоит в том , что непрерывно поддерживается высокое давление рабочей жидкости в замкнутых зонах между зубьями дорна.

В настоящее время на ряде предприятий европейских стран при внедрении метода гидропластического дорнования достигнут существенный экономический эффект ( см. табл. 1).

Однако , широкому внедрению этого метода в реальное производство препятствуют сложность его реализации , обусловленная трудностями поддержания эффекта гидродинамической смазки. Поэтому на готовых изделиях зачастую возникают такие дефекты, как складки, царапины и трещины .

Кардинальным решением проблемы повышения производительности и качества изделий является определение оптимальных технологических параметров процесса и заготовки расчетным или экспериментальным путями.

Причем с развитием средств вычислительной техники первое направление становится все более эффективным . Но для его реализации должна быть построена адекватная математическая модель процесса и на ее базе разработана методика проектирования процесса с оптимальными параметрами.

Таблица 1 .

Технико - экономические показатели внедрения процесса гидродорнования детали «втулка» ( внутренний диаметр 60 мм , длина 230 мм.). п/п Операция Мощность Оборудования,квт Время обработки , мин. КИМ, В%

1 Черновая обточка 7,5 1,8

2 Чистовая обточка 7,5 2,85 68 Существущая Технология [14-29 ]

3 Шлифование 8,3 4,6

4 Хонингование 12,6 2,65

1 Черновая обточка 7,5 1,85 Предлагаемая Технология

2 Фосфатирова-ние 6,3 0,48 80

3 Гидродорно-вание 20,5 0,26

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Разработана и исследована математическая модель процесс гидродорнования деталей типа «втулка» позволяющая :

- определить оптимальную толщину слоя рабочей жидкости ;

- изменение вязкости рабочей жидкости в ходе процесса гидродорнования ;

- упрочнение материала заготовки в процессе формирования изделия ;

- неравномерность распределения напряжений и деформаций по сечению получаемой детали с учетом неоднородности механических характеристик обрабатываемого материала ;

- ограниченность ресурса пластичности материала заготовки ;

- упругий характер взаимодействия матрицы с охватывающей ее обоймой , и позволяющая достичь повышения производительности обработки и качества изделия при минимизации затрат .

2. Разработана методика расчета режимов гидродорнования деталей типа «втулка» , позволяющая управлять толщиной смазывающего слоя рабочей жидкости , определять величину и диапазон изменения рабочего давления в зоне обработки при минимизации объема подводимой рабочей жидкости и тем самым стабилизировать процесс.

3. Предложена методика позволяющая уменьшить вероятность появления дефектов и оценить эксплуатационные характеристики получаемой детали на стадии проектирования заготовки .

4. Разработана методика проектирования инструмента для осуществления процесса гидродорнования деталей типа «втулка» , учитывающая его особенности и позволяющая проектировать такие инструменты , которые :

- снижают потребное усилие деформации на 15. 30 % ;

- уменьшают расход рабочей жидкости на 12. 28 % ;

- повышают точность диаметральных размеров получаемых отверстий на 1 .2 квалитета;

- позволяют достигнуть значений шероховатости Яа 0,08.0,16 мкм на обработанной поверхности .

5. Для эффективного использования разработанных методик в условиях реального производства и конструкторских отделов , указанная методика расчета представлена в виде диалоговой модульной программы расчета на компьютере . При этом время затрачиваемое на диалоговое проектирование сокращается , а точность расчетов возрастает в несколько раз по сравнению с обычным за счет введения более точных начальных условий , таких как распределение механических свойств материала заготовки по ее сечению , упрочнение материала и рост вязкости рабочей жидкости и коэффициента трения в процессе обработки .

6. При выборе начальных условий решения поставленной задачи даны рекомендации по учету специфики реального производства, такие как :

- оценка пригодности для реализации данного процесса традиционно используемых для дорнования заготовок по критериям продольной устойчивости и трещинообразования;

- уточнения конструкций и оптимизации геометрии применяемых деформирующих инструментов;

- правильный подбор состава рабочей жидкости в зависимости от материала и размера применяемой заготовки .

7. Разработаны технологические и конструкторские рекомендации и пакет прикладных программ для автоматизированного проектирования процесса гидродорнования изделий типа «втулка» на ЭВМ.

8. Установлена область рационального применения процесса гидродорнования деталей типа «втулка» , в которой данный процесс обеспечивает устойчивое высокое качество обработанной поверхности ( для изделий из малоуглеродистых конструкционных сталей):

- по наружному диаметру заготовки 40. .90 мм ;

- по длине заготовки 80.250 мм ;

- по относительной толщине стенки 1,05. 1,20 .

9. Достоверность полученных результатов подтверждена в условиях реального производства , что отмечено в прилагаемых актах об использовании результатов настоящей работы .

1. Прозоров Л.В. , Костава A.A. , Ревтов В.Д. Прессование металлов жидкостью высокого давления. - .М.: Машиностроение , 1972.-152 с.

2. Пластичность и разрушение / В.Л. Колмогоров , A.A. Богатов , Б.А. Мигачев и др. М.: Металлургия , 1977,- 336 с.

3. Проскуряков Ю.Г. Дорнование отверстий .- М.: Машгиз , 1961 .-80с.

4. Попов М . Теория гидравлического трения .- София : Наука , 1948 .267 с.

5. Проскуряков Ю.Г. Дорнование отверстий втулок с гидравлическим противодавлением . В кн.: « Справочник машиностроителя» , кн.З .- М.: Машиностроение , 1973 .- 60 с .

6. Розанов Б.В. , Максимов Л.Ю. Гидропрессование состояние и перспективы . - Кузнечно-пггамповочное производство. 1979, №10 с. 1-3.

7. Получение деталей методом гидростатического выдавливания / Галкин A.A. , Буряк В.П. , Осыка Е.И. и др. // Кузнечно-пггамповочное производство .-1969,- № 6 .- с. 11-13 .

8. Соколов Н.Л. , Спускинюк В.З. , Черный Ю.Ф. Холодное гидропрессование заготовок на механических прессах .- Кузнечно-пггамповочное производство . 1979 , № 9 с. 6-7.

9. Сухих В.Д. Способы интефикации гидроэкструзии Известия вузов .- 1979 , №8 с. 6-8 .

10. Уральский В.И. , Пахотин B.C. Производство фасонных профилей методом гидропрессования. М.: Металлургия , 1978 .-168 с.

11. П.Накамура К. , Накагава Т. Вытяжка с использованием противодавления жидкости . Нурэсу Гидзюсу .- 1981 , т. 19 , № 9 .- с . 6069.

12. Мальцев М.В. , Доронысин Е.Д. , Езерский К.И. Гидростатическая обработка тугоплавких металлов .- М.: Металлургия , 1978 272 с.

13. Матвеев А.Д. Пластическое деформирование трубных заготовок гидростатическим давлением .- Кузнечно-штамповочное производство .1961 ,№8 с. 1-5 .

14. Механические свойства материалов под высоким давлением . / Под ред. Х.Л. Пью М.: Мир , 1973 , вып.1.- 296 с.

15. Колпашников А.И. , Вялов В.А. Гидропрессование металлов .- М.: Машиностроение , 1973 .- 266 с.

16. Казаченок В.И. Штамповка с жидкостным трением .- М.: Машиностроение , 1978 76 с.

17. Исаченков Е.И. Штамповка резиной и жидкостью .- М.: Машиностроение, 1967 .- 336 с.

18. Исаченков Е.И. Развитие технологии штамповки эластичными , жидкостными и газовыми средами .- Кузнечно-пггамповочное производство 1976 , № 7 .- с. 2-5.

19. Кулкарни К. , Сахай Дж. Гидродинамическое прессование с регулируемым зазором между контейнером и пресс-шайбой .- Труды американского общества инженеров механиков .- 1979 , кн.2 с.29-32.

20. Махов Ю.С., Сизов Е.С. Гидродинамическая штамповка полых листовых деталей . В кн. « Опыт разработки технологических процессов и проектирования штампов для глубокой вытяжки» .- Л.:ЛДНТП, 1972 .-с.32-36 .

21. Доу Т. , Конмел Дж., Бунара С. Теория гидродинамической смазки при прокате .- Труды американского общества инженеров механиков .1975 , кн. 1.-С.1-11 .

22. Деформация металлов жидкостью высокого давления ./ Уральский В.И., Плахотин B.C., Шефтель М.И. и др. // М.: Металлургия , 1976.- 424 с.

23. Горячее гидропрессование металлических материалов . / Колпашников А.И., Вялов В.А., Федоров A.A. и др. // М.: Машиностроение , 1977,- 272 с.

24. Гидропроессование и его место в обработке металлов давлением ./ Колмогоров В.Л., Богатов A.A. , Шишкинцев В.Ф. и др. Н Кузнечно-пггамповочное производство 1982 , № 2 .- с. 22-23.

25. Гидропрессование профильного металлорежущего инструмента ./ Черный Ю.Ф., Ковико B.C., Горбунов A.C. и др. // Вестник машиностроения .- 1976 ,№ 1 с. 74-77.

26. Галкин A.A., Гетманский А.П. Прессование металлов жидкостью . -Донецк : Донбасс, 1974 80 с.

27. Возможности и особенности глубокой вытяжки с противодавлением ./ Сизев Е.И., Антонов Е.А., Бирюков Н.М. и др. // Кузнечно-штамповочное производство .-1971 , № 9 .- с. 20-23.

28. Штамповка деталей трубопроводов гидростатическим давлением ./ Лукьянов В.П., Шатеев В.Л., Клочков В.В. , и др. // Химическое и нефтяное машиностроение .- 1976 , № 2 с. 23-30.

29. Шатеев В.Л. , Исаченков Е.И. Пути интефикации формообразования трубчатых деталей с отводами .- Кузнечно-штамповочное производство 1976, №7.-с. 18-21 .

30. ЗО.Чаузов A.C. Интефикация гидромеханической штамповки-вытяжки . -Кузнечно-штамповочное производство 1976, № 7 .- с. 11-14.

31. Тхируваридохелван Р. Изотермическая гидропластическая смазка при гидропластическом прессовании упрочняющегося материала .- Труды американского общества инженеров-механиков .- 1979 , кн. 4 .-с. 5-15.

32. Гидропрессование с ультрозвуковой вибрацией матрицы ./ Богоявленский К.Н. , Шаповалов Л.Д., Рис В.В., и др. // Реферативный сборник Цнии ТЭИ тяжмаш . «Организация и механизация кузнечно-прессового производства».- 1976 11-76-14,- с.18-20.

33. Выбор основных параметров при гидравлической штамповке тройников из труб./ Богоявленский К.Н., Серяков Е.И., Швецов А.П., и др.//Кузнечно-штамповочное производство .- 1980 , № 6 .- с. 8-10.

34. Богоявленский К Н., Сухих В.Д., Белостоцкий Ю.Г. Гидропрессовая установка с использованием унифицированных элементов . Кузнечно-штамповочное производство 1982 ,№ 1 -с. 16-17.

35. Богоявленский К.Н., Серяков Е.И., Воронина Н.Б. Гидравлическая штамповка фитингов .-JL: ЛДНТП ,1973 .- 32 с.

36. Богоявленский К.Н. , Кобышев А.Н. Развитие процессов гидравлической штамповки .- М.: НИИМАШ , 1983 .- 140 с.

37. Береснев Б.Н. , Езерский К.Н., Трушин Е.В. Физические основы и практическое применение гидроэкструзии .- М.: Наука, 1981 .- 238 с.

38. Антонов Е.А., Богоявленский К.Н. Глубокая вытяжка при гидростатическом давлении в торец заготовки. В кн.: «Изготовление деталей пластическим деформированием»,- Л.: Машиностроение , 1975с. 354-358.

39. Богоявленский К.Н., Серяков Е.И., Кобышев А.Н. Изготовление сложных полых деталей .Л.: Машиностроение , 1979.- 218 с.

40. Авицур Б. Гидростатическое выдавливание .- Конструирование и технология машиностроения .- 1965 , Кз 4 .- с. 110-118.

41. Baneijee J.K. Simiting deformation in bulge forming of thin cylinders of fixed lenght.// Int. J.Mech. Sei.- 1975, № 17,- P. 650-662.

42. Bensmann G., Lindigkeit J.,Zitgler W. Möglich keiten und weiterent wicklung des hydrome chanischen tiofziehens. // Werkstatt und Betr. - 1981 , H.9 .- S.679-685.

43. Bridjman P.W. The phisics of high pressure .// London , G. Bell, LDN.sons LTD. 1958.-250p.

44. Ebbinglians A. Innerduckform um hohlteile materialsparend hergestelltbearbeitung sauf wand reduziert.// VDI Nachr. -1984 ,№11.- S. 18.

45. Fuchizawa S. Influence of strain-hardening exponent on the deformation of thin wallied tube of finite length subjected to hydrostatic internal pressure .// Advanced technology of plasticity .: Tokio .- 1984 , VI .- P. 297-302.

46. Hashimi M. Forming of tubular components from straight tubings using combined axial load internal pressure : Theory and experiment .//Proc.Int. on Drawing of metalls. Metals Society.: London, 1983,- P. 146-155.

47. Herold G. Maggior Precisione con L" inmbütitura hidromeccanica.// Tranc.Stamp. 1982 , №11 .- P. 39-43.

48. Hiller M. A stady of the tensile plastic instability of thin tubes . // J. MTCH. Sei. .- 1965 , № 7,- P. 534-545.

49. Nakamura K. , Nakagawa T. Reverse redrawing under hydraulic counter pressure with its radial pushing. Studies on hydraulic counter pressure forming. //J. JSTP. 1985 , № 290 .- P. 284-290.

50. Oberlander K. Das Hudromechanisehe Tiefziehen von blechen .// Bleh Rohre Profile.- 1983 ,№4, S. 101-164.

51. Ragab A. Producing superplastic tubular tee joints by thermoforming .// Proc.Int.MTDR 1981,- P.223-229.

52. Schneider S. Draiving high-pressure complex fluid forming shapes : pays off.// Tool and Prod. 1983 , № 6,- P. 61-63.

53. Spacek J., Vranek B. Simulace hydromehanicheckoho tazeni .// Snrojirenstvi .-1985, №3 .-P.160-170.

54. Woo D. Development of the bulgeforming process .// Sheet Metal Ind-1975 , № 5 .- P.623-628/

55. Jossifon S., Tirosh J. Buchling prevention by laterial fluid pressure in deep-draiwing.// Int. J.Mech. Sci. 1985 , № 3 .- P. 177-185.

56. Koctob Г.П. Некоторые особенности гидропластической финишной обработки деталей из требуемой заготовки. Труды ВМЕИ( Болгария ), 1982 .- с. 35-68.

57. Костов Г.П. , Ботев Б., Тревиески Н. Окончательная обработка под давлением машиностроительных деталей с использованием гидропластического эффекта. Доклады научно-технического семинара ЦС НТС (София), 1986 .- с. 257-268.

58. ЦоневС., Чалев Д. Выбор оптимального варианта технологического процесса гидропластической обработки металла с помощью иммитационного моделирования .- В кн." Обновление и интефикация промышленного производства" .- София , 1985.- с. 591-597.

59. Чалев Д.И. Технико-экономические аспекты при внедрении технологического процесса гидропластической обработки металла .Известия вузов ,1986 , № 2 .- с. 65-69.

60. Авторское свидетельство Народной Республики Болгария № 19250.61 .Авторское свидетельство Народной Республики Болгария № 23782 .

61. Авторское свидетельство Народной Республики Болгария № 59297 .

62. Авторское свидетельство Народной Республики Болгария № 65277 .

63. Гидропластическая обработка металлов . / Богоявленский К.Н. ,Вагин В.А., Кобышев А.Н. и др. Л.: Машиностроение , 1988,- 256 с.

64. Виноградов Л.В. , Чалев Д.И. Определение технологических параметров процесса изготовления изделий типа "втулка" методом гидропластического дорнования .// В кн. "Вычислительная техника , автоматика, радиоэлектроника " .- СПб .: СПбГТУ , 1993 с. 95-105.

65. Хемрюк К. , Даусон Д. Изотермическая упруго-динамическая смазка точечных контактов .- Труды американского общества инженеров-механиков , 1977, №2 с. 130-143.

66. Пертов Н.П. Гидропластическая теория смазки .- М.: АН СССР, 1948 .- 60 с.

67. Митева К.В., Чалев Д.И., Петров О.П.Антифрикционное покрытие при гидропластической обработке металлов.// В кн. "Гальвано-85" .- Русе (НРБ) , 1985 с.39-57 .

68. Вилкок Д. Упругопластическая смазка и связанные с ней проблемы Труды американского общества инженеров -механиков , 1979 , №4 , с. 110-120.

69. Пластичность и разрушение . / Колмогоров В.Л., Богатов А.А. и др.-М.: Металлургия , 1977,- 336 с.

70. Уемов А.И. Логические основы метода моделирования ,-М.: Мысль , 1971 .-311с.

71. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем .- М.: Наука ,1978 339 с.

72. Веников В.П. Теория подобия и моделирования .- М.: Высшая школа , 1976 .-476 с.

73. Шеннон Р. Моделирование исскуство и наука . - М.: Мир , 1978 .418 с.

74. Неуймин Я.Г. Модели в науке и технике . История , теория , практика.-Л.: Наука, 1984 .-210 с.

75. Завьялов Е.Е. Моделирование на ЭВМ . -М.: МИФИ, 1980 .- 64 с.

76. Гун Г.Я., Гун А.Я. ,Гудков В.И. Организация вычислительного процесса в диалоговой системе проектирования технологических процессов ОМД,- Известия вузов .Черная металлургия , 1986 .- №7 .- с. 6568.

77. Левин А.И. Основы теории математических моделей объектов прикладной механики. Л.: ЛДНТП, 1979 .- 96 с.

78. Оценка деформируемости металлов при обработке давлением .- Киев : Вища школа, 1983 , 175 с.

79. Богатов А.А.,Мижирицкий О.И., Смирнов C.B. Ресурс пластичности при обработке давлением .- М.: Металлургия ,1984 .-144с.

80. Мижирицкий О.И., Богатое A.A., Игошин В.Ф. Закономерности изменения пластичности при многократной деформации .-Известия вузов . Черная металлургия , 1986,- №10 .- с.50-55.

81. Смирнов-Аляев Г. А. Сопротивление металлов пластическому деформированию .-JL: Машиностроение , 1978.- 348с.

82. Сторожев М.В. , Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением .М.: Машиностроение , 1977,- 433 с.

83. Дель Г.Д. Определение напряжений в пластической области по распределению твердости .- М.: Машиностроение ,1971 .- 200 с.

84. Ренне И.П. Поэтапное исследование сложной деформации с помощью делительной сетки .- Труды Тульского механического института , 1966,- с.49-54.

85. Томленов А.Д. Теория пластического деформирования металла .-М.: Металлургия, 1972 .- 408 с.

86. Седов Л.И. Механика сплошной среды .- М.: Наука, 1973 .- 584 с.

87. Сегал В.М. Технологические задачи теории пластичности .- Минск : Наука и техника, 1977 .- 254 с.

88. Унксов Е.П. , Джонсон У. , Колмогоров В.Л. Теория пластических деформаций .- М.: Машиностроение , 1983 .- 598 с.

89. Целиков А.И., Никитин Г.С., Рокотян С.Е. Теория продольной прокатки .- М.: 1980 .-319 с.

90. А.В.Чернышев , Ю.М. Зубарев , Л.Н. Бердников , Л.В. Виноградов . Определение оптимальных размеров и формы инструмента для изготовления трубных изделий методом финишной гидропластической обработки.100