автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Разработка и исследование процесса получения полых ступенчатых заготовок деталей методом поперечно-клиновой вальцовки

гг*; од

1 о са ш

На правах рукописи

Шаронов Михаил Александрович

разработка и исследование процесса получения полых ступенчатых заготовок деталей методом поперечно-клиновой вальцовки

Специальность 05.16.05 "Обработка металлов давлением"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА-2000 г.

Работа выполнена на кафедре обработки металлов давлением Московского государственного института стали и сплавов (технологического университета).

Научный руководитель:

кандидат технических наук, доцент Троицкий В.П.

Научный консультант кандидат технических наук, старший научный сотрудник Цепин М.А.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Полухин В.П.

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Котерев И.А.

Ведущее предприятие: ОАО "AMO ЗИЛ"

Защита состоится ". /У ." ¿¿¿^¿¿-А- 2000 г. в 10 00 часов на заседании диссертационного совета К053.08.02 в Московском государственном институте стали и сплавов (технологическом университете) по адресу: 117936, г. Москва, ГСП-I, Ленинский проспект, дом 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного института стали и сплавов (технологического университета)

Автореферат разослан " " ,2000 г

Ученый секретарь диссертационнс кандидат технических наук, доцен

Ионов С.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы: Одним из перспективных направлений снижения металлоемкости изделий является производство полых деталей. Основанием для замены сплошного сечения полым является характер эксплуга-ционных нагрузок на деталь. Например, в деталях двигателей (оси, валы,1/ шаровые пальцы и т.п.), воспринимающих при эксплуатации нагрузки типа изгиба, кручения или их комбинации, эффективное использование прочности и несущей способности можно обеспечить удалением металла из менее нагруженных центральных участков поперечного сечения. Целесообразность более широкого применения полых ступенчатых деталей очевидна, если учесть их важное свойство - меньшую чувствительность к концентраторам напряжений при циклических нагрузках. К таким деталям относятся валы различной конфигурации, пальцы, оси, шпильки и т.д. с одно- и двусторонним изменением величины диаметра. Практически на всех крупных отечественных и зарубежных автомобилестроительных заводах сейчас уже существуют и выпускаются модели двигателей, коробок переключения передач (КПП), а также других конструктивных узлов автомобилей, содержащих ступенчатые полые детали типа валов и осей. Из российских предприятий это ЗИЛ, ВАЗ, ГАЗ, КАМАЗ и АЗЛК, а из зарубежных это AUDI, FORD, BMV и другие.

В то же время для изготовления подобных полых деталей на большинстве машиностроительных заводов России в последние годы в основном применяются технологические процессы, использующие механическую обработку. Большая часть этих процессов является морально устаревшей, так как они характеризуются значительными трудовыми материальными и энергетическими затратами и низкой эффективностью производства В сложившейся сложной экономической ситуации переходного периода в качестве альтернативной технологии получения полых заготовок методами обработки металлов давлением может рассматриваться плоская поперечно-

клиновая вальцовка (ППКВ), имеющая ряд преимуществ по сравнению с известными схемами редуцирования и, в частности, наиболее универсальной схемой - валковой поперечно-клиновой прокаткой. К достоинствам ППКВ относятся: относительная простота, а следовательно, и низкая трудоемкость и стоимость изготовления плоского клинового инструмента на обычных серийных металлообрабатывающих станках; возможность использования сборного инструмента с различной твердостью поверхности и частичной заменой изнашиваемых элементов калибров; достаточно широкий диапазон регулирования зазора между деформирующими поверхностями клинового инструмента; быстрая переналадка при переходе с одного калибра на другой; высокая точность получаемых заготовок и ряд других преимуществ.

Однако, несмотря на большой отечественный и зарубежный опыт в области проектирования оборудования, технологии и инструмента для валкового и плоского поперечно-клинового редуцирования сплошных заготовок, сведений по вопросам получения полых заготовок недостаточно для научно обоснованного решения практических вопросов организации производства перспективных заготовок. Поэтому исследования в этом направлении являются актуальной научно-технической задачей. Исходя из этого, в МГИСиС (ТУ) на протяжении ряда лет разрабатывалась комплексная технология производства полых заготовок деталей машин, включающая в себя процессы поперечно-винтовой прокатки для производства полых заготовок из прутка и процессы последующего редуцирования полых штучных поковок, в частности, методом плоской поперечно-клиновой вальцовки. Решению части этих вопросов посвящена настоящая диссертация.

Целью настоящей работы является исследование и разработка технологии и инструмента для процесса плоской поперечно-клиновой вальцовки заготовок полых деталей.

При этом решались следующие задачи:

1. Экспериментально исследовать и проанализировать особенности формоизменения при ППКВ полых заготовок по сравнению со сплошными заготовками;

2. Провести теоретический сравнительный анализ формирования очага деформации полых и сплошных заготовок методом МКЭ для решения упруго-пластической плоской задачи;

3. Провести анализ формоизменения при вальцовке полых заготовок с помощью многомерной аппроксимации и построения регрессионных моделей, описывающих экспериментальные результаты и данные других исследователей.

4. Разработать алгоритм и методику расчета технологического процесса и дать рекомендации по методике проектирования инструмента для вальцовки полых заготовок;

5. Разработать типовую технологическую схему процесса ППКВ, спроектировать и изготовить опьгтно-промышленный инструмент и оборудование для вальцовки полых заготовок, провести технико-экономическую оценку эффективности предлагаемой технологии.

Научная повкзпа работы заключается в следующем:

- выполнен сравнительный анализ и получены новые расчетные данные о характере упруго пластического напряженно-деформированного состояния и наличии зон пластической деформации в поперечном сечении сплошных и полых заготовок при ППКВ;

- разработаны многомерные регрессионные модели, адекватно описывающие зависимость изменения относительной толщины стенки от основных технологических параметров ППКВ;

- показана возможность расчета конструктивных параметров клинового калибра и технологических режимов ППКВ, обеспечивающих получение деформированной заготовки с заданной толщиной стенки;

- разработаны алгоритм расчета и схема проектирования технологического процесса ППКВ заготовок полых деталей;

Практическая значимость работы определяется тем, что:

- разработаны рекомендации по проектированию инструмента для вальцовки полых заготовок с возможностью получения заданной толщины стенки готового изделия;

- спроектированы и изготовлены несколько комплектов экспериментального и опытно-промышленного клинового инструмента, а также оснастка для ППКВ, обеспечивающие устойчивое деформирование полых заготовок

- на ЗАО "Метровагонмаш" разработана и создана опытно- экспериментальная установка для исследования и совершенствования инструмента и технологии ППКВ полых заготовок.

- разработана и прошла опытно-промышленное опробование технология ППКВ заготовки полого корпуса гидроцилиндра коробки отбора мощности гидроподъемника, которая предложена для внедрения в промышленное производство.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на научно-технической конференции "Теория и технология процессов пластической деформации -96", -М. МГИСиС (ТУ) 1996 г.; на конференции второй международной специализированной выставки "Металл-Экспо '96" Новые материалы, технологии, оборудование., -М, ГАО ВВЦ, 1996 г. ; на научной конференции "100 лет Российскому автомобилю - Промышленность и Высшая школа", М., МАМИ, 1996 г.; на 50, 52 и 53-ой научных конференциях студентов и молодых ученых МГИСиС (ТУ) в 1996, 1998 и 1999 г.г., на третьем конгрессе прокатчиков. Липецк, 19-22 октября 1999 г.

Публикации. По материалам диссертации опубликованы 1 тезисы к докладу и 2 научных статьи.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов, изложена на страницах, содержит страниц машинописного текста,^^.рисункои, /^таблиц, библиографический список из $'0 наименований и ^ приложений.

Основное содержание

В первой главе представлен обзор и анализ существующих технологий производства полых ступенчатых заготовок с вытянутой осью методами продольного и поперечного редуцирования, рассмотрена история развития процесса получения полых ступенчатых деталей методом поперечно-клиновой вальцовки, а также описаны основные технологические схемы процесса Представлена классификация полых заготовок, перспективных для получения методом 1111KB. Отражены преимущества плоской схемы поперечно-клиновой вальцовки, обоснована актуальность темы работы и в заключении сформулированы основные задачи исследований

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ И ОБРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ

При проведении экспериментов использовали модельные материалы: пластилин (ОСТ 6-15-1525-86), пластицин (Состав: 60% белая каолиновая глина, 40 % воск) , свинец марки С1 (ГОСТ 3778-77) с добавками сурьмы (Pb+2%Sb), алюминиевый сплав АК6 (ГОСТ 4784-74), стали 35 и 45 (ГОСТ 4543-71). Наружный диаметр исследуемых заготовок D=30... 32 мм.

Заготовки из пластилина и пласгицина получали по следующей схеме: резка полосы 20x40 мм. и длинной 150 мм.; ковка и раскатка на круг D= 2829 мм., L = 160 мм.; прессование на круг D=30 мм., L=110... 120 мм.; обрезка в размер L = 88,5... 100 мм. по длине ; охлаждение пласгицина до Т= -20°С.; сверление отверстия заданного диаметра d, подрезка торцов.

Свинцовые заготовки получали следующим способом: расплавленный свинец запивали в матрицу D=40 мм. L=140 мм.; прессовали в матрице на заготовки размером D=40 мм. L=110... 120 мм.; обтачивали и обрезали свинцовые заготовки на Do=30 мм. и Lo = 89... 90 мм.; сверлили заданное отверстие диаметром do=6... 18 мм.

Заготовки из стали и алюминиевого сплава отрезали от горячедефор-мированных труб с последующей обточкой по внутреннему и, при необходимости, по внешнему диаметру.

Заготовки из пластилина и пласгицина деформировали на специально спроектированной и изготовленной лабораторной экспериментальной оснастке. А заготовки из свинца стали и алюминиевых сплавов редуцировали на опытно - промышленной установке.

В экспериментальной установке была применена схема с верхней подвижной плитой. На каждой плите был размещен клиновой инструмент. Нижняя плита неподвижно закреплялась в корпусе прямоугольного контейнера Заготовка помещалась на загрузочный участок клинового калибра, расположенного перед заходным участком. Далее верхняя плита, перемещаясь по направляющим линейкам, приводила во вращение заготовку. Перемещаясь по калибру, заготовка попадала на деформирующий участок клина. За счет углубления на нижней плите заходные участки клиновых калибров одновременно внедрялись в заготовку. При этом происходило ее редуцирование по диаметру до заданного размера, регулируемого высотой клина, и осевая раскатка-разгонка в длину на величину Ь = 1-1,5 Э, где Б-внешний диаметр полой заготовки. Далее на формообразующей части клина осуществлялось окончательное оформление поковки по длине. В завершение процесса проводилась калибровка деформированной поверхности.

Был разработан план эксперимента с изменением обжатий в интервале 1,1... 1,5, в соответствии с которым спроектировали и изготовили четыре комплекта инструмента с различными клиновыми калибрами с изменением угла заострения клина с 4° до 7°, угла наклона боковой деформирующей грани клина 35°...65°, соответственно изменялась и длина клинового калибра Отношение толщины стенки заготовки к диаметру изменялось от 0,15 до 0,41. Диаметр редуцируемых заготовок составлял 28. ..32 мм, а зазор между плитами регулировался в пределах 30...33 мм.

Для сравнительного анализа качественных закономерностей формирования очага деформации при ППКВ в поперечном сечении сплошных и полых заготовок, использовали теорию упругопластических деформаций А.А.Ильющина в постановке для метода конечных элементов. Расчеты выполняли с помощью пакета прикладных программ "SPLEN-K", созданного МГИСиС (ТУ) совместно с МИЭМ и фирмой "КОММЕК" под научным руководством профессора О. М. Смирнова

При исследовании количественных закономерностей формоизменения полых заготовок использовали построение регрессионных моделей. В основу построения и решения системы линейных уравнений с переопределенной матрицей был положен метод наименьших квадратов для матричной формы представления данных и решения.

Получаемые уравнения регрессии имели следующий вид: к к к у = Ьо + 2 biX; + 2 bijX;Xj + 2 bi«Xi2+... , (1)

Г=1 />¡=1 Ы

где у - параметр процесса; или так называемая функция отклика, xi - переменные факторы, влияющие на этот параметр и записанные в виде симплексов (относительных величин или безразмерных функций) или их логарифмов; к- наибольшее число факторов; bo, bj, b$, Ьн - коэффициенты регрессии.

Все регрессионные модели прошли проверку на адекватность по критерию Фишера и значимость коэффициентов по критерию Стьюдента. Проверку однородности ряда дисперсий проводили по критерию Кохрена Для оценки точности аппроксимации использовали коэффициент ковариации и среднюю суммарную относительную ошибку, выраженные в процентах.

Обработка данных регрессионного анализа проводилась с использованием специально разработанной программы LINREG 25, написанной на алгоритмическом языке FORTRAN-77 и реализованной в DOS-6.2 в составе операционной системы Windows-95 на PC Intel Pentium-200. Обработку экспериментальных данных, математическое моделирование ППКВ, а также оформление данных, графиков, рисунков и документов проводили на пер-

соналъном компьютере Intel Pentium-II-MMX, 366 Mhz / RANI 48 Mb/HDD-4,3 Gb/ 2 Mb AGP/ Ultra DMA/ 32-x CD в комплекте с планшетным сканером Scan Express 1200 SEP. Использовали стандартные пакеты прикладных программ для Windows-95 и приложения Office -98: Microsoft Word-98, Ех-ell-98, MS Paint, графические пакеты CorelDRAW-8-TM, AutoCAD-14-NT-Pro.

сравнительные экспериментально-теоретические

исследования особенностей ппкв сплошных: и

ПОЛЫХ ЗАГОТОВОК Проведенные нами исследования дополнили эксперименты, выполненные ранее во ВНИИМЕТМАШе Целиковым А.И., Матвеевым A.B., в ГПКТИ Роговым И.В. и Поздняковым О.Д., во ВНИИТМАШе Веремееви-чем Ю.Н. и Шмелевым Ю.Е. и рядом других исследователей. Анализ и обобщение всех этих результатов позволили выявить некоторые особенности процесса 1111KB. К ним относится, в первую очередь, сложная пространственная форма контактной поверхности, и, как следствие, неравномерный характер распределения контактных давлений и сложность расчета усилия вальцовки. Разложение усилия вальцовки на 3-сосгавляющих выявляет: тангенциальное усилие (тянущее), преодолеваемое приводом клинового инструмента; радиальное усилие, действующее, как распорное на оснастку и прижимное устройство; осевое усилие, обеспечивающее разгонку металла к торцам заготовки. В работе были выполнены оценочные расчеты усилий ППКВ для модельных и натурных материалов.

В ходе экспериментов выяснилось, что заготовки с относительной толщиной стенки больше 0,28 имеют утонение стенки в деформированной части. Напротив, для заготовки с hJDa< 0,15 происходит утолщение стенки до критических обжатий, выше которых заготовка сминается. В интервале hJD0 от 0,15 до 0,28 величина предельного радиального обжатия колеблется от 1,3 до 1,5.

Для сравнения были исследованы основные стадии вальцовки сплошных и трубных заготовок Были получены качественные сплошные с 0о=32,0 мм и полые поковки с Бо=32,0 мм и <1о=24Д 10,0 и 6,0 мм из пластилина и свинца Отверстия в поковках не закрывались, а равномерно уменьшали свой диаметр. Как следует из анализа полученных результатов, формоизменение полой заготовки практически ничем не отличается от формоизменения сплошной по величинам обжатий и разгонки, а также следу клинового калибра на деформированной поверхности заготовки. Это обусловлено идентичными характеристиками геометрии клинового калибра и, соответственно, одинаковыми внешними параметрами очага деформации.

Прокатка сплошных заготовок длиной 'ЛЬ0 из пластицина в том же калибре по центру клина показала наличие утяжины, захватывающей —1/3 поперечного сечения в центральной части заготовки. Это свидетельствует о наличии растягивающих напряжений и положительных деформаций на периферийной части сечения поковки при прокатке сплошных профилей под действием сил на боковых гранях клинового калибра Также было установлено закручивание горизонтальной риски, нанесенной на торцевой поверхности половинной по длине заготовки, деформированной аналогичным образом.

Представленные данные свидетельствуют о сложном характере напряженно-деформированного состояния в очаге деформации и неоднородном разнонаправленном течении деформируемого материала при ППКВ. Такой характер течения металла позволяет использовать для анализа напряженно-деформированного состояния только приближенные теоретические методы.

В ходе экспериментов нами были изучены некоторые виды дефектов, возникающих при ППКВ. В результате перекоса или заклинивания заготовки в клиновых калибрах и из-за недостаточного трения на контактной поверхности с инструментом получались поковки со смятием стенки, изгибом оси, перекосом деформированной или торцевой части. При скольжении за-

готовки по поверхности клина, когда ее вращение прекращалось, за счет поступательного движения клиньев происходила дальнейшая деформация на том же участке, и заготовка претерпевала смятие или изгиб, а чаще смятие и изгиб одновременно. Как показала практика экспериментальных исследований, для устранения возможности устранения таких дефектов необходима тщательная наладка инструмента и оснастки, соблюдение термомеханических режимов деформирования.

Одновременно с экспериментами проводили теоретические исследования ППКВ методом наименьших квадратов с помощью пакета прикладных программ "БРЬБЫ-К". Основные исходные данные для расчета были определены из эксперимента Расчеты выполняли для вальцовки сплошных и полых заготовок из свинца с размерами Е)о=32 мм <1о=6.0, 10.0, 15.0 и и Ьо=90 мм При этом инструмент имел следующие параметры: угол заострения а =4,0°, угол подъема у- 1,1°, угол наклона/?= 45 ".Обжатие по диаметру составляло К<1 = 1,07. Численные значения параметров для реологической модели упругопластической линейно упрочняемой среды определили из испытаний на осадку. Модуль упругости приняли равным Е = 1250 МПа, коэффициент Пуассона V = 0.28, предел текучести <т0 = 23.0 МПа, а модуль упрочнения в пластической области Бх = 65 МПа.

Начальное разбиение сечения на треугольные конечные элементы для сплошной и полых заготовок с разной относительной толщиной стенки были выполнены для одинаковых граничных условий в перемещениях (по нормали С/л = 0,1 мм/с, по радиусу 11т- 1,0 мм/с) и для одного и того же числа разбиений внешнего граничного контура на узлы пвг=62. Общее число элементов в расчетах составляло от 840 до 920.

После проведения расчетов анализировали искажения координатной сетки конечных элементов после ППКВ и изменение вида и площади зон пластической деформации. Рассчитанные нами зоны пластической деформации практически совпали с зонами, экспериментально установленными

для сплошной заготовки Макушком, методом муар и лишь частично совпали с зонами, полученными А.И.Целиковым методом сеток линий скольжения для полой заготовки с ho/Do-0,3. Характерно, что нами впервые был показан поворот заготовки относительно ее центра.

Анализ показал, что введение отверстия существенно изменяет характер и вид зон пластической деформации. С уменьшением относительной толщины стенки с 0,41 до 0,22 происходит увеличение площади зон пластической деформации, а затем ее значительное уменьшение. Причем для критической толщины стенки 0,2... 0,22 зоны пластической деформации составляют всего 3...5% от площади поперечного сечения заготовки и располагаются в средней части по толщине стенки заготовки под деформирующими клиньями и по краям продеформированной части отверстия.

Для более детального анализа причин этого явления проводили построение и сравнение полей распределения сдвиговых деформаций и полей интенсивности деформаций. Также были проанализированы поля распределения интенсивности напряжений. Как следует из полученных данных, отверстие в заготовке играет роль концентратора напряжений и до определенной величины ho/Do как бы аккумулирует пластическое течение металла.

Таким образом, нами было выявлено, что существует принципиальное отличие вальцовки сплошной и полой заготовки. Было показано, чгго чем тоньше стенка, тем больше зоны упругих деформаций, а значит, и выше возможность смятия заготовки при 1111KB. Следовательно, существует определенный диапазон технологических параметров, в котором можно рекомендовать проведение данного процесса. Очевидно, что определять этот диапазон необходимо экспериментальным путем.

СТАТИСТИЧЕСКИЙ РЕГРЕССИОННЫЙ АНАЛИЗ ДАННЫХ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ППКВ ПОЛЫХ ЗАГОТОВОК

Регрессионный анализ проводили для экспериментальных данных, полученных как автором, так и другими исследователями. Основная цель

проведения исследований - определение зависимости относительной толщины стенки деформированной заготовки от основных факторов процесса Iii 1KB в виде Y=(h/D) = f(a, ß, Kd, ho/Do). Необходимость именно такого описания формоизменения при ППКВ была обусловлена тем, что величина относительной толщины стенки входит во все известные расчетные формулы по определению действующих усилий и устойчивости процесса Она всегда находится только из эксперимента

Регрессионные модели расчета толщины стенки после вальцовки строили для следующего интервала значений технологических факторов: 4°4' < а < 6°30'; 25° < ß < 65°; 0,083< h/D < 0,42; 1,06 < Kd S 1,98; 30 мм < D„ S 102мм.

Уравнения линейной и логарифмической регрессии: Для получения уравнения линейной регрессии были заданы 4 изменяющихся фактора, а также 6 двойных взаимодействий этих факторов. Для нахождения 11 неизвестных коэффициентов было использовано 59 уравнений. В результате расчетов была построена модель следующего вида:

= -6,65 + 1,48 * Kd + 6,32 * cos( а) + 0,076 * tg (ß) - 0,788 * ^

+ 0,0075 * cos( а) « tg (р) - 1,1 ♦ cos( а) * Kd + 2,41 * cos( а) * лп

D о

- 0,757 * Kd *-^-2-+0,138 *tg(B)«-^-- 0,093 * Kd * tg (В)

D0 D0

Точность этой модели составляла 6,0%.

Аналогично проводили расчет для логарифмической регрессионной модели в виде произведения основных факторов. Для расчета пяти неизвестных коэффициентов были заданы 4 изменяющихся фактора, без учета двойных взаимодействий. В расчете также было использовано 59 уравнений. Логарифмическая регрессионная модель имела следующий вид:

\0,79в

D

= io-<M°8'10 *Kd0'363 *cos(а)70,4 * tg(ß)-0,451*1 * Точность этой модели составляла 7,0%.

ho 1 ■ О)

Уравнение квадратичной регрессионной модели: Для построения квадратичной регрессионной модели было задано: 4 изменяющихся фактора и 4 квадрата этих факторов, б двойных взаимодействий, таким образом, получилось 14 членов уравнения регрессии и 15 неизвестных коэффициентов. Для вычисления неизвестных коэффициентов было использовано 59 уравнений.

-3,82 + 0,645 ♦ ка -и 9,73 * еда* а ) - 5,92 * Ц (р) + 2,3 ♦ | | +

+ б*соя( а.) * ^ (р) - 0,033 * со!< а) • Кб - 0,0188 * соя( а) * | - 0,695 * Кс1 *| + 0,0067 * 18 (р)* - 0,0982 ^

- 0,0863 * Кс1 2 - 6,51 * соз( а)2 + 0,016 * (р)2 - 1,34 * |

О ,

Ь ,

Для квадратичной регрессионной модели среднее суммарное отклонение составило 3,7%.

Данная регрессионная модель позволяет предсказать процесс поведения стенки полой заготовки при вальцовке, не проводя экспериментов, требующих, как правило, очень больших материальных затрат.

Было показано, что можно упростить полученную регрессионную модель под конкретную задачу, например, задавая конструктивные параметры инструмента и заготовки О, а, р постоянными:

[Б"]="А°+А> +а2 *ы *(б;)+А<'ы2+'(Б;)2 - Ю

где Ах - числовые коэффициенты при не постоянных членах уравнения.

Принимая во внимание, что при постоянстве относительной толщины стенки в процессе ППКВ Н=Ьо=соп5^ можно представить

и уп-

ростить выражение 5 до следующего вида'

При решении уравнения 6 получили так называемое критическое значение относительной толщины стенки (ЬЛ))^ в зависимости от величины обжатия заготовки Ка. Это позволило рассчитать критические значения обжатий и относительной толщины стенки исходной заготовки, при которых полая поковка получается с одинаковой толщиной стенки по длине. Совместив на одном поле графики зависимостей, построенных по уравнениям (4) и (6), получили в точках пересечения кривые, которые делят координатную плоскость на две части. В верхней части над графиком И/Окр. толщина стенки заготовки по отношению к первоначальной уменьшается, а в нижней толщина стенки соответственно увеличивается. Это позволило установить, что при ЬЛ)>0,30 происходит уменьшение толщины стенки заготовки, а при МЭ <0,17 ее увеличение в пределах обжатия по диаметру до 1,5.

Для вычисления относительной критической толщины стенки совместным решением соответствующих уравнений было получено уравнение логарифмической регрессии:

= ю-о,зо7 о,471 .соз(а)-з«18(р)-о,ш ,

ч>

( ^0,488 Ь

(7)

Б

»

Для этой модели средняя суммарная ошибка составила 2,1%, что свидетельствует о возможности ее достаточно надежного применения в следующем интервале изменения технологических параметров: 4°4'<а<6°30'; 25°<р<65°; 0,083<Ь0/Т)[)< 0,42; 1,06<Кс1<1,98; 30мм< О0 2 102мм.

Важным вопросом при описании формоизменения полой заготовки при ППКВ является оценка условий устойчивого протекания процесса деформирования. Для расчета устойчивости поперечного редуцирования труб обычно используют зависимость, предложенную А.И.Целиковым и А.В.Матвеевым на основе анализа потери устойчивости пластической криволинейной балки, нагруженной осевой силой. В эту формулу входит экспериментально определяемая величина изменения толщины стенки в процессе вальцовки. В работе была проведена проверка соответствия имею-

щихся экспериментальных данных по устойчивости с расчетными, полученными по формуле А.И.Целикова, в которую подставляли вычисленную по регрессионным моделям толщину стенки деформированной заготовки. В частности, были рассчитаны условия устойчивой вальцовки на клиновых калибрах с а=4°; р=45°и (3=35°. для заготовки с Г)=50 мм, с ЬЛЖ),185 из стали 45, алюминиевого сплава АК6, и свинца РЫ-2,1%8Ь. Была показана достаточно высокая степень соответствия с экспериментальными данными для свинца и стали 45.

Изложенное выше позволяет рекомендовать для расчета допустимых технологических параметров ППКВ на устойчивость данные статистических регрессионных моделей, полученных в настоящей работе. Таким образом процесс поперечно-клиновой вальцовки полой заготовки становится прогнозируемым и для предварительного выбора технологических параметров и проектирования инструмента не требуется проведения трудоемких предварительных экспериментов.

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ И ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПОЛЫХ ЗАГОТОВОК ДЕТАЛЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ППКВ

К полым заготовкам для ППКВ предъявляются достаточно высокие требования по разнотолщинности и шероховатости наружной и внутренней поверхностей. При правильном выборе параметров калибровки вальцовка как полых, так и сплошных заготовок обеспечивает хорошее качество и высокую точность получаемых поковок. Дефекты наружной поверхности, как правило, вскрываются лишь при последующей механической обработке. Если исключить механическую обработку внутренней поверхности перед вальцовкой и несколько увеличить припуск на механическую обработку после вальцовки, то в качестве исходной заготовки можно рекомендовать го-рячедеформированные трубы, полученные из сплошной заготовки прошивкой на прессе или на стане поперечно винтовой прокатки. Образующиеся

при этом складки максимальной глубиной 0,5 мм не влияют на качество получаемого изделия.

Для обобщения результатов проведенных нами исследований была разработана типовая схема технологического процесса ГТПКВ и предложен алгоритм расчета размеров полой заготовки. Общая часть схемы составлена с учетом руководящих технических материалов ЭНИКМАШа, ВНИИТ-МАШа, ГПКТИ. Так как заготовка полая, то это накладывает некоторые особенности на процесс расчета заготовки под вальцовку. В алгоритм расчета входит определение геометрических параметров заготовки и конструктивных параметров инструмента для получения заданной толщины стенки вальцованной заготовки и проверка процесса на устойчивость, если заготовка попадает по относительной толщине стенки в интервал от 0.08 до 0,42. На этом этапе также назначаются рекомендуемые технологические параметры для проектирования клинового инструмента, задается режим обжатий и температура нагрева заготовки под вальцовку.

На основании результатов проведенных исследований была предложена типовая технологическая схема процесса плоской поперечно-клиновой вальцовки. Перспективный вариант типовой технологии включает: получение горячедеформированной трубной заготовки либо с трубных заводов, либо прошивкой сплошных заготовок на трехвалковом стане поперечно-винтовой прокатки с предварительной зацентровкой; резку трубы на мерные заготовки; нагрев штучной заготовки или подогрев прошитой заготовки с использованием остаточного тепла; поперечно-клиновую вальцовку полой заготовки; разделение заготовок и отрезку концевых отходов; термообработку; механическую обработку поверхности; контроль качества

Для реализации этой технологической схемы и отработки технологии ППКВ на ЗАО" Метровагонмаш" было спроектировано, изготовлено и отлажено устройство для плоской поперечно-клиновой вальцовки. Оснастка имеет горизонтальное расположение плит, причем верхняя плита неподвижная. Последняя крепится болтами к боковине прямоугольного контей-

нера, а от горизонтального перемещения в плоскости вальцовки ее ограничивает специальная вставка Привод нижней плиты осуществляется тягой. Она представляет из себя стальной стержень 1>=27мм, соединение тяги с нижней плитой позволяет развивать тянущее усилие не менее 30 КН. На плитах закрепляются нижние и верхние клиновые калибры. Они выполнены универсальными по способу крепления. Таким образом, переналадка калибров занимает в среднем 5-10 минут. Регулировка закрытого рабочего пространства осуществляется за счет высоты направляющей. Закрепление самой оснастки на станине производится при помощи специальных кронштейнов и фиксирующего устройства, которое состоит из болта, шайбы, и распорной втулки и устанавливается на место блока матриц. Фиксация происходит относительно передней стойки, которая ограничивает перемещение оснастки в направлении вальцовки. Жесткость контейнера в осевом направлении обеспечивают распорки, и крепежная планка Вес оснастки составляет 510 кг. Допускаемое распорное усилие не менее 160 КН. Установка оснастки на станину происходит при помощи кран-балки, подъемные крюки крепятся за боковые штыри. Время установки устройства 15-20 минут

Нагретая заготовка подается в фиксирующее устройство. Каретка привода подходит к стойке. Специальный рычаг при ударе о стойку включает механизм захвата тяги и приводит в движение нижнюю плиту, которая перемещаясь, передвигает заготовку в рабочее пространство устройства. Клинья, внедрясь в заготовку, при помощи сил трения передают ей вращающий момент. После деформации заготовка по наклонной поверхности, предусмотренной на калибрующем участке клина, выкатывается из рабочего пространства А нижняя плита возвращается в исходное положение, после чего цикл повторяется. Следует отметить, что для использования устройства не требуется реконструкции участка или редукционного стана

Комплексный технологический процесс с использованием ППКВ разрабатывался применительно к производству полого корпуса гидроцилиндра коробки отбора мощности гидроподъемника из сплава АК6. Процесс сосго-

ит из следующих операций: резка трубы АК6 50 X 9 ГОСТ 18482-79 на мерные длины L=220 мм.; нагрев штучных заготовок до температуры 450-470°С; вальцовка двойной полой поковки; разделение полой поковки на две заготовки L= 123 мм.

Резку трубы и поковки из алюминиевых сплавов производили на но-жовочно - отрезном станке модели 8А725 с движением пильного полотна по круговой траектории. Ширина пропила составляет 2,5 мм. Это условие было учтено при проектировании поковки. После резки на мерные длины заготовки поступают непосредственно на участок вальцовки. Заготовки нагревают в кузнечном индукционном нагревателе. Температура нагрева заготовок 450-470°С. Затем заготовка загружается в опытно - промышленную оснастку и происходит редуцирование средней части заготовки с диаметра в горячем состоянии Di= 50,4 мм. до диаметра Ш= 34,5 мм. Внутренний диаметр заготовки с d.= 31,8 мм. Изменяется до d.= 17 мм при уменьшении толщины стенки в среднем на 0,5 мм. В месте перехода с одного диаметра на другой толщина стенки составляет 7,5...8 мм., что соответствует утонению на 10-15%., которое по конструктивным условиям готовой детали допускается. Длина двойной поковки составляет L.=249,5 мм., длина же заготовки под вальцовки составляет Ъ,= 220 мм. Масса двойной вальцованной поковки m = 0,664 кг. После вальцовки поковка разделяется на ножовочно-отрезном станке на две заготовки L=123 мм. под токарную обработку. Вся оснастка изготовлена из сталей 35 и 45. Предусмотрена возможность изготовить рабочие клиновые вставки из стали 5ХНМ с закалкой до 50-55 HRC.

Был спроектирован рабочий клиновой калибр с а=4°; ß=35°. Ha длине L=419,9 мм была выполнена "затыловка" с уменьшением заходного угла у с 2,8 до 1 градуса На калибрующем участке было выполнено обнижение поверхности на 0,5-1,5 мм. Калибрующий поясок имеет ширину 7,5 мм. Общая длина клинового калибра Lo6=760 мм. На наклонной боковой деформи-

рующей поверхности для увеличения контактного трения были выполнены технологические насечки с шагом 1,5-2 мм и глубиной 0,3-0,5 мм.

В работе был выполнен технико-экономический анализ по оценке эффективности применения новой технологии с использованием ППКВ при производстве заготовок деталей полого корпуса гидроцилиндра Он показал, что предложенная технология и разработанная оснастка экономически выгодны по целому ряду причин. Они позволяют наладить выпуск заготовок без больших дополнительных затрат на модернизацию производственного участка и оборудования. Простота и низкая трудоемкость установки и переналадки оснастки на выпуск деталей другого сортамента делает процесс ППКВ технологически гибким и позволяет использовать в случае необходимости основное технологическое оборудование по прямому назначению, что значительно снижает себестоимость изделий. Существенно уменьшаются затраты на материал (на 20...25%). Снижается трудоемкость изготовления деталей и в 1,5... 2 раза повышается производительность.

Таким образом, разработанные технологические режимы, клиновой инструмент и оснастка позволят на уже имеющемся оборудовании успешно применять процесс ППКВ в действующем производстве.

основные результаты работы и выводы

1. На основе анализа результатов экспериментов и данных, полученных другими авторами, выявлены основные особенности процесса ППКВ полых заготовок. Сложная пространственная форма контактной поверхности, неравномерный характер контактных давлений и напряженно-деформированного состояния в очаге деформации, трудности в определении усилия вальцовки вызвали необходимость проведения комплексного исследования этого процесса

2. При ППКВ сплошных и полых заготовок из модельных материалов исследованы стадии формообразования и показано, что по величине

раздачи и геометрии профиля продеформированные в одном и том же калибре с одинаковыми обжатиями по диаметру сплошные и полые заготовки, имеющие одинаковые исходные размеры, практически не отличаются друг от друга.

3. На основе экспериментальных данных выполнены расчеты упруго-пластической задачи для плоской деформации при ППКВ. Получены новые результаты о существенном отличии характера зон пластической деформации в поперечном сечении у сплошных и полых заготовок. Показано, что с уменьшением относительной толщины стенки заготовки в интервале ЬоЛЭо=0.41...0,34 происходит увеличение зон пластической деформации в сравнении со сплошной заготовкой, а при ЬоЯ1)о=0.27...0Д2 наблюдается локализация этих зон в центральной части стенки и вблизи отверстия.

4. На основе многомерной аппроксимации результатов экспериментов, выполненных в настоящей работе, и данных других исследователей, разработаны адекватные регрессионные модели, описывающие зависимость изменения относительной толщины стенки от основных технологических параметров ППКВ. Показана возможность прогнозирования толщины стенки деформированной заготовки для выбранных значений углов заострения и наклона боковой поверхности клина, величины обжатия и отношения начальной толщины стенки к диаметру исходной заготовки.

5. Показана возможность обоснованного выбора величин критических обжатий для широких пределов изменения конструктивных параметров клиновых калибров, обеспечивающих протекание процесса ППКВ полой заготовки с заданной толщиной стенки на основе расчетов разработанных регрессионных моделей.

6. Предложены алгоритм расчета и схема проектирования технологического процесса ППКВ, обеспечивающие устойчивую вальцовку полых заготовок с возможностью получения постоянной или заданной толщины стенки.

7. Спроектированы и изготовлены несколько комплектов экспериментального и опытно-промышленного клинового инструмента и оснастки для ППКВ, обеспечивающие устойчивое деформирование полых заготовок

8. На ЗАО "Метровагонмаш" создана опытно-промышленная установка для исследования и совершенствования инструмента и технологии ППКВ полых заготовок. Разработана и прошла опробование технология ППКВ заготовки корпуса гидроцилиндра коробки отбора мощности гидроподъемника, которая рекомендована к внедрению в промышленное производство и включена в план новой техники на 2000-2001 годы.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Финько В.В., Шаронов М.А Разработка и изучение процесса изготовления полых изделий по схеме прошивка редуцирование.// Тезисы докладов 50-ой научной конференции студентов и молодых ученых института/ МГИСиС (ТУ). М.: 1996,- С. 38-39.

2. Технология изготовление полых заготовок методом прошивки с последующим обжатием в кольцевых матрицах./ В.П. Троицкий, И.Л. Акаро, М.А. Шаронов и др.//Металлург. -М.: "Металлургия", 1996.-№5.-С. 16-17.

3. Технологические возможности процесса поперечно-клиновой вальцовки полых трубных полуфабрикатов и изделий. / В.П.Троицкий, М.А.Цепин, М.АШаронов и др. // В сб.: Труды третьего конгресса прокатчиков. Липецк, 19-22 октября 1999 г./ М: АО "Черметинформация", 2000. -С. 485-488.

Введение.

Глава 1. АНАЛИЗ ПЕРСПЕКТИВ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДА ПЛОСКОЙ ПОПЕРЕЧНО-КЛИНОВОЙ ВАЛЬЦОВКИ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПОЛЫХ СТУПЕНЧАТЫХ ЗАГОТОВОК ДЕТАЛЕЙ.

1.1. Основные технологические процессы, используемые для производства заготовок полых ступенчатых деталей типа тел вращения с вытянутой осью

1.2. Применение процесса поперечно-клиновой вальцовки для производства заготовок полых ступенчатых деталей типа тел вращения с удлиненной осью.

1.3. Материалы, применяемые при изготовлении полых ступенчатых деталей методом плоской поперечно-клиновой вальцовки.

1.4. Использование процесса поперечно-клиновой вальцовки при производстве полых ступенчатых деталей типа тел вращения с удлиненной осью.

1.5. Выводы по первой главе.

1.6. Цель и задачи исследований.

Глава 2. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1. Материалы и заготовки для проведения экспериментальных исследований.

2.2. Экспериментальная оснастка и оборудование для проведения исследований.

2.3. Методы обработки экспериментальных данных.

2.4. Методика исследования упругопластических деформаций заготовок при 1111КВ методом конечных элементов (МКЭ).

Глава 3. СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО- ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОСОБЕННОСТЕЙ ППКВ СПЛОШНЫХ И ПОЛЫХ ЗАГОТОВОК.

3.1. Выбор пределов изменения технологических параметров и экспериментальный клиновой инструмент.

3.2. Анализ формы отпечатка и основных составляющих сил, действующих на контакте инструмента с заготовкой

3.3. Результаты экспериментов по вальцовке полых заготовок.

3.4. Сравнительный анализ характеристик напряженно- деформированного состояния в поперечном сечении сплошных и трубных заготовок.

3.5. Выводы по главе 3.

Глава 4. СТАТИСТИЧЕСКИЙ РЕГРЕССИОННЫЙ АНАЛИЗ

ДАННЫХ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ППКВ ПОЛЫХ ПОКОВОК.

4.1. Исходные данные для проведения регрессионного анализа.

4.2. Проверка точности известной регрессионной модели.

4.2. Построение уравнений линейной и логарифмической регрессии

4.4. Уравнение квадратичной регрессионной модели.

4.5. Анализ процесса поперечно-клиновой вальцовки полых заготовок с применением полученных регрессионных моделей

4.6. Выводы по главе 4.

Глава 5. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ И ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПОЛЫХ ЗАГОТОВОК ДЕТАЛЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ППКВ.

5.1. Типовая схема проектирования технологического процесса

ППКВ.

5.2. Укрупненная блок-схема алгоритма расчета заготовки для вальцовки полой поковки.

5.3. Схема типового комплексного технологического процесса с использованием плоской поперчно-клиновой вальцовки трубных заготовок.

5.4. Опытно-промышленная установка, оснастка и инструмент для ППКВ.

5.5. Технологический процесс получения поковки корпуса гидроцилиндра.

5.6. Технико-экономический анализ эффективности новой технологии.

5.7. Выводы по главе 5.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ.

Одним из перспективных направлений снижения металлоемкости изделий является производство полых деталей. Основанием для замены сплошного сечения полым является характер эксплутационных нагрузок на деталь. Например, в деталях двигателей (оси, валы, шаровые пальцы и т.п.), воспринимающих при эксплуатации нагрузки типа изгиба, кручения или их комбинации, эффективное использование прочности и несущей способности можно обеспечить удалением металла из менее нагруженных центральных участков поперечного сечения. Целесообразность более широкого применения полых ступенчатых деталей очевидна, если учесть их важное свойство - меньшую чувствительность к концентраторам напряжений при циклических нагрузках. К таким деталям относятся валы различной конфигурации, пальцы, оси, шпильки и т.д. с одно- и двусторонним изменением величины диаметра. Практически на всех крупных отечественных и зарубежных автомобилестроительных заводах сейчас уже существуют и выпускаются модели двигателей, коробок переключения передач (КПП), а также других конструктивных узлов автомобилей, содержащих ступенчатые полые детали типа валов и осей. Из российских предприятий это ЗИЛ, ВАЗ, ГАЗ, КАМАЗ и АЗЛК, а из зарубежных это AUDI, FORD, BMV и другие.

В то же время для изготовления подобных полых деталей на большинстве машиностроительных заводов России в последние годы в основном применяются технологические процессы, использующие механическую обработку. Большая часть этих процессов является морально устаревшей, так как они характеризуются значительными трудовыми материальными и энергетическими затратами и низкой эффективностью производства. В сложившейся сложной экономической ситуации переходного периода в качестве альтернативной технологии получения полых заготовок методами обработки металлов давлением может рассматриваться плоская поперечно-клиновая вальцовка (ППКВ), имеющая ряд преимуществ по сравнению с известными схемами редуцирования и, в частности, наиболее универсальной схемой валковой поперечно-клиновой прокатки. К достоинствам ППКВ относятся: простота и низкая трудоемкость изготовления плоского клинового инструмента, а, следовательно, и его невысокая стоимость; возможность использования сборного инструмента с различной твердостью поверхности и частичной заменой изнашиваемых элементов калибров; достаточно широкий диапазон регулирования зазора между деформирующими поверхностями клинового инструмента; быстрая переналадка при переходе с одного калибра на другой; высокая точность получаемых заготовок и ряд других преимуществ.

Однако, несмотря на большой отечественный и зарубежный опыт в области проектирования оборудования, технологии и инструмента для валкового и плоского поперечно-клинового редуцирования сплошных заготовок, сведений по вопросам получения полых заготовок недостаточно для научно обоснованного решения практических вопросов организации производства перспективных заготовок. Поэтому исследования в этом направлении является актуальной научно-технической задачей. Исходя из этого, в МГИСиС (ТУ) на протяжении ряда лет разрабатывалась комплексная технология производства полых заготовок деталей машин, включающая в себя процессы поперечно-винтовой прокатки для производства полых заготовок из прутка и процессы последующего редуцирования полых штучных поковок, в частности, методом плоской поперечно-клиновой вальцовки. Решению части этих вопросов посвящена настоящая диссертация.

Целью настоящей работы является исследование и разработка технологии и инструмента для процесса плоской поперечно-клиновой вальцовки заготовок полых деталей.

Автором выносятся на защиту следующие новые научные положения и практические и результаты:

- расчетные данные о характере упругопластического напряженно-деформированного состояния и вида зон пластической деформации в поперечном сечении сплошных и полых заготовок при ППКВ;

- многомерные регрессионные модели, адекватно описывающие зависимость изменения относительной толщины стенки от основных технологических параметров ППКВ;

- методика расчета конструктивных параметров клинового калибра и технологических режимов ППКВ, обеспечивающих получение деформированной заготовки с заданной толщиной стенки;

- алгоритм расчета и схема проектирования технологического процесса ППКВ полых заготовок;- рекомендации по проектированию инструмента для вальцовки полых заготовок с возможностью получения заданной толщины стенки готового изделия;

- спроектированные и изготовленные комплекты экспериментального и опытно-промышленного клинового инструмента, а также оснастка для ППКВ, обеспечивающие устойчивое деформирование полых заготовок.

- разработанная и созданная на ЗАО "Метровагонмаш" опытно- экспериментальная установка для исследования и совершенствования инструмента и технологии ППКВ полых заготовок.

- результаты опытно-промышленного опробования технология ППКВ заготовки полого корпуса цилиндра коробки отбора мощности гидроподъемника, которая предложена для внедрения в производство.

Предметом защиты является разработанный технологический процесс и клиновой инструмент для производства полых изделий с прогнозируемой толщиной стенки.

Автор выражает благодарность сотрудникам кафедры обработки металлов давлением МГИСиС(ТУ) и отдела главного металлурга ЗАО "Метровагонмаш" за большую помощь, оказанную при выполнении работы.

5.7. Выводы по главе 5.

1. На основе составленной общей схемы разработки типового технологического процесса с применением 1111КБ показано, что при использовании трубных заготовок необходимо учитывать специфику их формоизменения на всех этапах пректирования новой технологии и конструирования клинового инструмента.

2. Разработан алгоритм выбора размеров трубной заготовки под вальцовку полой поковки и родемонстрирована возможность использования для расчетов разработанных регрессионных моделей.

3. На базе результатов исследований и с учетом накопленного ранее опыта, спроектированы и изготовлены несколько комплектов клинового инструмента, конструкция которого учитывает отличия вальцовки полых поковок от сплошных.

5. Показано, что спроектированная и изготовленая опытно- промышленная оснастка для клиновых калибров, позволяет применить процесс ППКВ в мелкосерийном производстве на действующем стандартном оборудовании, которое может таже использоваться и по своему прямому назначению.

6. Предложена схема комплексного технологического процесса производства методом ППКВ полых поковок из труб, которые могут быть получены с использованием прошивки сплошных на станах поперечно-винтовой прокатки. Заключительная часть этой технологической схемы реализована в опытно-промышленном варианте производства полых по-ковк корпуса гидроцилиндра из алюминиевого сплава.

1. На основе анализа результатов экспериментов и данных, полученных другими авторами, выявлены основные особенности процесса ППКВ полых заготовок. Сложная пространственная форма контактной поверхности, неравномерный характер контактных давлений и напряженно-деформированного состояния в очаге деформации, трудности в определении усилия вальцовки вызвали необходимость проведения комплексного исследования этого процесса.

2. При ППКВ сплошных и полых заготовок из модельных материалов исследованы стадии формообразования и показано, что по величине раздачи и геометрии профиля продеформированные в одном и том же калибре с одинаковыми обжатиями по диаметру сплошные и полые заготовки, имеющие одинаковые исходные размеры, практически не отличаются друг от друга.

3. На основе экспериментальных данных выполнены расчеты упруго-пластической задачи для плоской деформации при ППКВ. Получены новые результаты о существенном отличии характера зон пластической деформации в поперечном сечении у сплошных и полых заготовок. Показано, что с уменьшением относительной толщины стенки заготовки в интервале ho/Do=0.41 .0,34 происходит увеличение зон пластической деформации в сравнении со сплошной заготовкой, а при ho/Do=0.27.0,22 наблюдается локализация этих зон в центральной части стенки и вблизи отверстия.

4. На основе многомерной аппроксимации результатов экспериментов, выполненных в настоящей работе, и данных других исследователей, разработаны адекватные регрессионные модели, описывающие зависимость изменения относительной толщины стенки от основных технологических параметров ППКВ. Показана возможность прогнозирования толщины стенки деформированной заготовки для выбранных значений углов заострения и наклона боковой поверхности клина, величины обжатия и отношения начальной толщины стенки к диаметру исходной заготовки.

5. Показана возможность обоснованного выбора величин критических обжатий для широких пределов изменения конструктивных параметров клиновых калибров, обеспечивающих протекание процесса ППКВ полой заготовки с заданной толщиной стенки на основе расчетов разработанных регрессионных моделей.

6. Предложены алгоритм расчета и схема проектирования технологического процесса ППКВ, обеспечивающие устойчивую вальцовку полых заготовок с возможностью получения постоянной или заданной толщины стенки.

7. Спроектированы и изготовлены несколько комплектов экспериментального и опытно-промышленного клинового инструмента и оснастки для ППКВ, обеспечивающие устойчивое деформирование полых заготовок.

8. На ЗАО "Метровагонмаш" создана опытно-промышленная установка для исследования и совершенствования инструмента и технологии ППКВ полых заготовок. Разработана и прошла опробование технология ППКВ заготовки корпуса гидроцилиндра коробки отбора мощности гидроподъемника, которая рекомендована к внедрению в промышленное производство и включена в план новой техники на 20002001 годы.

1. Шибаков В.Г., Семендий В.И., Маклаков В.Б. Поперечно клиновая прокатка автомобильных деталей с облегчающими полостями // Кузнечно-штамповочное производство. -1986. - №11. - С. 11-13

2. Деордиев Н.Т. Обработка деталей редуцированием. -М.: Машгиз 1960. -154 С.

3. Семендий В.И., Акаро И.Л., Волосов H.H. Производственные технологии, оборудование и автоматизация кузнечно-штамповочного производства КАМАЗа. М.: Машиностроение, 1989. - 303 С.

4. Шнейберг Б.М., Акаро ИЛ. Кузнечно штамповочное производство Волжского автомобильного завода, - М.: Машиностроение, 1992. - 301 С.

5. Охрименко Я.М. Технология кузнечно штамповочного производства. -М.: Машиностроение, 1976. - 560 С.

6. Ковка и штамповка. Справочник. В 4-х томах / Е.И. Семенов, А.Ю. Авер-киев, Д.И. Бережковский и др. М.: Машиностроение, 1985. - Т.2. Горячая объемная штамповка. -592 С.

7. Тюрин В.А. Ковка на радиадьно обжимных машинах. -М.: Машиностроение, 1990. - 256 С.

8. Целиков А.И., Зюзин В.И. Современное развитие прокатных станов. М.: Металлургия, 1972. - 399 С.

9. Ковка и штамповка. Справочник. В 4-х томах / Е.И. Семенов, А.Ю. Авер-киев, Д.И. Бережковский и др. М.: Машиностроение. -1985. - Т. 1. Материалы и нагрев. Оборудование. Ковка. -586 С.

10. Технология изготовление полых заготовок методом прошивки с последующим обжатием в кольцевых матрицах./ В.П. Троицкий, И.Л. Акаро, М.А. Шаронов и др.// Металлург. -М.: Металлургия, 1996.-№5.-С. 16-17.

11. Клушин В.А., Макушок Е.М., Щукин В.Я. Совершенствование поперечно -клиновой прокатки. Минск: Наука и техника, 1980. - 280 С.

12. Поперечно клиновая прокатка в машиностроении./ А.И. Целиков, И.И. Казанская, A.C. Сафонов и др. - М.: Машиностроение, 1982.- 192 С.

13. Целиков А.И. Пути экономии металлов. М.: Машиностроение, -1974. 56 С.

14. Рогов И.В., Поздняков О.Д. Поперечно клиновая прокатка полых заготовок // Сб. трудов ГГЖТИ: Обработка металлов давлением. / ГПКТИ. Горький, 1971. № 1 (36). - С. 43-56.

15. Балин А.Ф., Рогов И.В., Поздняков О.Д. Поперечно-клиновая прокатка. Расчет технологических параметров и конструирование оснастки. Горький: ГПКТИ, 1974. - 64 С.

16. Целиков А.И., Муконин В.Ф., Малиновский П.С. Станы для производства точных заготовок машиностроительных деталей. // В сб. труды ВНИИ-МЕТМАШ / М.: ВНИИМЕТМАШ, 1978. № 55. - С. 80 - 94.

17. Матвеев А. В. Опыт прокатки полых изделий на станах поперечно -клиновой прокатки.// В кн. Станы и агрегаты винтовой прокатки машиностроительных деталей./М.: ВНИИМЕТМАШ, 1981. С.51-78.

18. Веремеевич Ю.Н., Шмелев Ю.Н. Расчет технологии и инструмента для поперечно-клиновой вальцовки на двухвалковых станах: РТМ 23.4.268-77 /Волгоград: ВНИИТМАШ, 1977. 98 С.

19. Расчет технологических процессов и проектировании инструмента поперечно-клиновой вальцовки: Отчет по НИР (Этап 2) / ЭНИКМАШ. Руководитель: Н.Т. Удовин. Инв.№ 12-73. Воронеж, 1974. - 137 С.

20. Fu X.P., Dean A.T. Past developments, current applications and trends in the cross wedge rolling process.//Int. J. Mash. Tools Manufact. 1993.-№33 (3). - PP. 367-400.

21. Holub J. Transverse hot rolling.// Machinery. 1969. - № 102(3). - PP. 129134.

22. Holub J. Hot roll forming from bar stock.// Metal forming. 1968. - № 35(3). -P.76.

23. Vaughan C. Transverse rolling for the production of finished and semi-finished components.// Iron Steel. 1969. - № 6. - PP. 167-173.

24. Astrop A. W. Redman demonstrate wedge-roll not forming process.// Mach. Prod. Engng. 1969. -№115. - PP. 291-294

25. Kaul W., Mockel L. Shaft forging, the East German way.// Metalworking Prod. 1969. -№ 19. - PP.49-50.

26. Mockel L. Massivumformung durch Ouerwalzen.// VDJ-Nachrichten. 1969. -№ 17(25). - S. 37.

27. Kaul W., Mockel L. Flashless forging of long-shaped components.// Metal Form-ing. 1968. - № 35(2). - PP.50-51, 57.

28. Dietrich J., Mulier H. Erprobung einer weiteren Variante des Querwalzens mit Keilförmigen Werkzeugen // Ferligungsuchnik und Beirieb. 1977. - № 27(9). -S.547-549.

29. Eberlein L., Muller H. Ergebnisse und Ziele der Wisserischafts-Kooperation beimwalzen // Umformtechnik. 1988. - № 22(3). - C.106-111

30. Götze J. Untersuchungen des Einsatzbereiches der Maschinenreihe UPW zum Keilquerwalzen unter Berücksichtigung geometrischer and wirtschaftlicher Gesichtspunkte. // Diplomarbeit. Dresden Techniche Universität. 1978. - № 27(5).

31. Eine Möglichkeit zur Erweiterung des Anwendungsbereiches des Kehqucrwal-zens. / G. Greifzu, H. Muller, W. Altmann, und and.// Umformtechnik. 1986. -№20(1). - S.34-42.

32. Astrop A. W. Redman tools to build Holub transverse hot-rolling machines.// Mach. Prod. Engng. 1968. - №114. - PP. 480-481.

33. Wedge-roll forming makes UK debut.// Metalworking Prod. 1969. - № 19. -PP. 43-45.

34. Rogers S. E. The impact of drop forging research. // Metal Forming. 1970. -№37(12).-PP. 356-361,367.

35. Thomas A. Transverse rolling of preforms for drop forging.// Proc. 1st Int. Conf. on Rotary Metalworking Processes./ U.K. London, 1979. PP. 147-156.

36. Dreger D.R. No-impact forging.// Mash. Des. 1973. - № 4. - PP. 135-137.

37. Belmont K. Commercial wedge rolling in the United States.// Proc. 3rd Int. Conf. on Rotary Metalworking Processes./ Japan. Kyoto, 1984. PP. 385-397.

38. Belmont K. Wedge rolling process.// IEEE Conf. Elect. Process Heat in Ind. & 12.th Bienniel Conf. Ree./ USA. Toronto, 1975. PP. 62-65.

39. Luan G.F., Zheng G.L., Guo C.W. The study on the technological parameters and the load and power parameters on 3-roll cross wedge rolling. // Proc. 3rd Int. Conf. on Rotary Metalworking Processes./ Japan. Kyoto, 1984. PP. 333343.

40. Yano M., Takahashi M. Forming of axially symmetrical shaft with complexed steps by cross-rolling method.// Mitsubishi Juko Giho.-1971. № 8(5). - PP.5662.

41. MCR-1000 type cross wedge rolling machine.// Mitsubishi Juko Giho. 1975. -№12(4).-PP.120.

42. Danno A., Tanaka T. Characteristics of billet deformation in 3-roll wedge rolling of axisymmetric stepped shafts. // Proc. 3rd Int. Conf. on Rotary Metalworking Processes./Japan. Kyoto, 1984. PP. 321-332.

43. Ishii M., Takahashi M. The development of a high-precision cross-rolling method. // Proc. 3rd Int. Conf. on Rotary Metalworking Processes./ Japan. Kyoto, 1984. PP. 345-352.

44. Hu Z.H., Xiu X.H., Sa D.Y. The Principles, Processes and Machines of Helical Rolling, and Cross Wedge Rolling. Beijing.: Metall. Ind. Press., 1985.

45. ГОСТ 4543-71. Химический состав стали легированной конструкционной. М.: Изд-во стандартов, 1971.

46. ГОСТ 1050-74. Химический состав сталей углеродистых качественных конструкционных. М.: .: Изд-во стандартов, 1974.

47. Качанов JIM. Основы теории пластичности. М.: Наука, 1969. - 420 С.

48. Бухтияров A.M. Практикум по программированию на Фортране. М.: Наука, 1983. -304 С.

49. Ашкрофт Дж. Программирование на Фортране. Пер с англ. М.: Радио и связь, 1990.-272 С.

50. Горский В.Г., Адлер Ю.П. Планирование промышленных экспериментов.- М.: Металлургия, 1974. 264 с.

51. Новик Ф.С. Математические методы планирования экспериментов в металловедении. // Р.1.: Общие закономерности о планировании эксперимента. Планы первого порядка./ М.: МИСиС., 1969.

52. Полухин П.И., Гун Г.Я., Галкин A.M. Сопротивление пластической деформации металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1983. - 352 С.

53. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1976. - 279 С.

54. Бельман Р. Введения в теорию матриц. М.: Наука, 1969.

55. Дрейпер Н., Смит Г. Прикладной регрессионный анализ. Пер с англ. -М.: Статистика, 1973.

56. Ермаков С.М., Жиглявский A.A. Математическая теория оптимального эксперимента. М.: Наука, 1987. - 320 С.

57. Маркова Е. В., Лисенко А.Н. Планирование эксперимента в условиях не-однородностей. М.: Наука, 1973.

58. Федоров В.В. Теория оптимального эксперимента. М.: Наука, 1971.

59. Чумаченко E.H., Троицкий В.П., Чумаченко С.Е. Автоматизированный расчет тяжело нагруженных деталей и узлов металлургических машин и конструкций специального назначения. М.: МИСиС, 1998.-137 с.

60. Матвеев A.B. Исследование, разработка и освоение технологического процесса и оборудования для поперечно-клиновой прокатки полых ступенчатых изделий. Дис. .канд. техн. наук. -М., 1982. 150 С.

61. Круг Г.К. Планирование эксперимента в задачах идентификации и экстраполяции. М.: Наука, 1977. - 207 С.

62. Целиков А.И. Основы теории прокатки. -М.: Металлургия, 1965. -247 С.

63. Гинцбург Я.С., Андрацкий К.К. Прокатка качественной стали. М.: Металлургиздат, 1953. - 464 С.

64. Люкшин B.C. Теория винтовых поверхностей в проектировании режущих инструментов. М.: Машиностроение, 1968. - 370 С.

65. Смирнов B.C. Поперечная прокатка. М.: Машгиз, 1948. - 194 С.

66. Полухин П.И., Горелих С.С., Воронцов В.К. Физические основы пластической деформации. М.: Металлургия, 1982. - 584 С.

67. Троицкий В.П., Мохов В.И., Кобелев А.Г. Проектирование цехов обработки металлов давлением. Волгоград: ВолгГТУ, 1997. - 528 С.

68. Роменц В.А. Организация и планирование предприятий цветной металлургии. М.: МИСиС, 1988. - 137 С.1. PROGRAM LINREGс ***************************************************************

69. С ПРОГРАММА РАСЧЕТА КОЭФФИЦИЕНТОВ ЛИНЕЙНОЙ РЕГРЕСИИИ

70. С ВИДА:Y=B(0)+SUMM(В(1+1)*Х(I)1. С ГДЕ: 1=1,N

71. С С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ П/П LLSQ-РЕШЕНИЕ СИСТЕМЫ ЛИНЕЙНЫХ УРАВНЕНИЙ С

72. С ПЕРЕОПРЕДЕЛЕННОЙ МАТРИЦЕЙ И ARRAY- ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ДВУМЕРНОЙ

73. С МАТРИЦЫ В ОДНОМЕРНУЮ ИЗ БИБЛИОТЕКИ SSP НА ФОРТРАНЕс ***************************************************************

74. С **** BY М. А. SHARONOV 30-11-98 ******

75. С **** TESTED SM-1300 ******

76. С ***************************************************************character*12 ofname

77. DIMENSION А(60,55),DD(60),ХХ(55),ХА(3300) DIMENSION Х(60,25),Y(60) DIMENSION IPIV(55) ,AUX(110) С DATA LU/7/,LUl/5/1. WRITE(*,10)

78. FORMAT ($ , IX, ' КОЛ-ВО НЕИЗВЕСТНЫХ X(K,I) (<=25) M=Imax = ? ')write (*,'(A)')1 FORMAT(12)2 FORMAT(F10.0)3 FORMAT((6(G12.3,IX)))

79. FORMAT((2OX,G12 . 3) ) READ(*,1)KX WRITE(*,5)

80. FORMAT ($, IX, 1 КОЛ-ВО ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ Y (К) (<=60) NY = ? ' )1. READ(*,1)NY1.KX+11. NX=L1. WRITE(*,25)NX

81. FORMAT(IX,' ЧИСЛО КОЭФ-ТОВ В УР-НИИ ЛИН.РЕГРЕССИИ NX=',I3)1. WRITE(*,30)

82. FORMAT(' ВВЕДИТЕ Х(К,1) И Y(К)')

83. FORMAT (' ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ВВОДИМЫХ ВЕЛИЧИН К ЛОГАРИФМАМ ?'/ +' 1 ДА, 0 ИЛИ <ВК> - НЕТ ')

84. WRITE(*,31) READ(*,1) NLOG DO 80 K=1,NY LL=KX+1 А (К,1)=1. DO 50 1=1,KX 11=1+135 WRITE(*,40) К, I

85. FORMAT($,' X (',12,',' ,12,' ) = ? '\)

86. READ(*,2,ERR=35) X(K,I) IF(NLOG.EQ.1) X(К,I)=ALOG10(X(K,I)) 50 А (К, II) =X (К, I)60 WRITE(*,70)К

87. FORMAT($,20X,' Y (',12,' ) = ? '\)1. READ(*,2,ERR=60)Y(K)1.(NLOG.EQ.1) Y(K)=ALOG10(Y(K)) 80 CONTINUE110 WRITE(*,120)

88. FORMAT(1 ПРОВЕРКА МАТРИЦЫ А(К,1):ДА 1 ,НЕТ - Enter ,2-END')

89. READ(*,1) NPR IF(NPR.EQ.2) GOTO 250 DO 200 1=1,NY DD(I)=Y(I) 200 CONTINUE1.(NPR.EQ.0) GOTO 205

90. WRITE(*,3) ( (A(I,J) ,J=1,NX) ,1=1,NY)1. WRITE(*,4) (DD(I),1=1,NY)

91. CALL ARRAY(2,NY,NX,60,55,XA,A) PAUSE ' PAUSE'206 WRIТЕ(*,2 0 7)

92. FORMAT($,IX,'ТОЧНОСТЬ РЕШЕНИЯ СИС.ЛИН.УР-НИЙ EPS = ? ') READ(*,2,ERR=2 06) EPS

93. CALL LLSQ(XA,DD,NY,NX,1,XX,IPIV,EPS,1ER,AUX)209 WRITE(*,208)

94. FORMAT($,IX,' N УСТР-ВА ВЫВОДА (Disc Enter, ДИСПЛЕЙ -1)') READ(*,1,ERR=2 09) LU1.(LU.NE.l) goto 245 WRITE(*,215) DO 210 1=1,NX WRITE(*,220)(1-1),XX(I)210 continue

95. FORMAT(15X,'РЕШЕНИЕ СИСТЕМЫ УР-НИЙ')

96. FORMAT(2 OX,'В (',12,') = ',G12.3)1.(1ER.NE.0) GOTO 110 WRITE(*,225) DISP=0. YSR=0. DELSR=0. DELABS=0. DO 230 1=1,NY REZ=0.

97. DO 240 J=1,NX REZ=REZ+A(I,J)*XX(J) 240 CONTINUE1. С IF(REZ.EQ.0.) GOTO 230

98. OSH=(REZ-Y(I))*100./REZ DISP=DISP+(REZ-Y(I))**2 YSR=YSR+REZ DELSR=DELSR+OSH DELABS=DELABS+ABS(OSH) WRITE(*,235) I,REZ,Y(I),OSH 230 CONTINUE

99. DISPY=DISP/(NY-1) SIGMA=SQRT(DISPY) YSR=YSR/NY

100. DELSQ=SIGMA*100./YSR DELSR=DELSR/NY DELABS=DELABS/NY

101. WRITE(*,22 6)DISPY,SIGMA,DELSQ,DELSR,DELABS

102. FORMAT(IX/62(1H-)/4Х,' I',6X,'Y calL',16X,'Y exp',16X,'DEL,%' +/1X,61(1H-))

103. FORMAT(IX/IX,61('')/' СТАТИСТИЧЕСКИЕ ОЦЕНКИ ЛИН.РЕГРЕССИИ:'/ +ЗХ,'ДИСПЕРСИЯ -',G12.3,10X,'СР.КВ.ОТКЛОНЕНИЕ -',G12.3/ +ЗХ,'СР.КВ.ОШИБКА,% -',G12.3,10Х,'CP. ОШИБКА % -',G12.3/ +ЗХ,'СР.СУМ.ОТКЛ.,% -',G12.3)

104. FORMAT(4Х,12,ЗХ,G12.3,10Х,G12.3,10Х,G12.3)

105. DO 241 J=1,NX REZ=REZ+A(I,J)*XX(J) 241 CONTINUE1. С IF(REZ.EQ.0.) GOTO 231

106. OSH=(REZ-Y(I))*100./REZ DISP=DISP+(REZ-Y(I))**2 YSR=YSR+REZ DELSR=DELSR+OSH DELABS=DELABS+ABS(OSH) 231 WRITE(3,235) I,REZ,Y(I),OSH

107. DISPY=DISP/(NY-1) SIGMA=SQRT(DISPY) YSR=YSR/NY1. DELSQ=SIGMA*100./YSR1. DELSR=DELSR/NY1. DELABS=DELABS/NY

108. WRITE(3,226)DISPY,SIGMA,DELSQ,DELSR,DELABS close (3) GO TO 110 250 continue1. STOP ' КОНЕЦ РАБОТЫ'1. END

109. SUBROUTINE ARRAY (MODE,I,J,N,M,S,D)

110. С ПОДПРОГРАММА ARRAY ПРОИЗВОДИТ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ МАССИВА ДАННЫХ

111. С ИЗ ОДНОМЕРНОГО В ДВУМЕРНЫЙ ИЛИ НАОБОРОТ. ЭТА ПОДПРОГРАММА

112. С ПРИМЕНЯЕТСЯ ДЛЯ СВЯЗИ ПРОГРАММЫ ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ, ИМЕЮЩЕЙ ДВУ

113. С МЕРНЫЕ МАССИВЫ, С ПОДПРОГРАММАМИ СБОРНИКА НАУЧНЫХ ПРОГРАММ НА

114. С ФОРТРАНЕ (SSP),ДЕЙСТВУЮЩИМИ С МАССИВАМИ ДАННЫХ ВЕКТОРНОГО ХРА1. С НЕНИЯ.

115. С ******** ИСТОЧНИК: СБОРНИК НАУЧНЫХ ПРОГРАММ НА ФОРТРАНЕ.ВЫП.2

116. С МАТРИЧНАЯ АЛГЕБРА И ЛИНЕЙНАЯ АЛГЕБРА.НЬЮ-ЙОРК,1980-1971,

117. С ПЕР. С АНГЛ. (США) .М. , "СТАТИСТИКА" , 1984 . 224 С. *******

118. С ***************************************************************

119. С ФОРМАЛЬНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПОДПРОГРАММЫ ARRAY

120. С MODE КОД,УКАЗЫВАЮЩИЙ ТИП ПРЕОБРАЗОВАНИЯ:

121. С 1 ИЗ ОДНОМЕРНОГО В ДВУМЕРНЫЙ;

122. С 2 ИЗ ДВУМЕРНОГО В ОДНОМЕРНЫЙ.

123. С I ЧИСЛО СТРОК В ВВОДИМОЙ МАТРИЦЕ ДАННЫХ.

124. С J ЧИСЛО СТОЛБЦОВ В ВВОДИМОЙ МАТРИЦЕ ДАННЫХ.

125. С N ЧИСЛО СТРОК,УКАЗАННЫХ ДЛЯ МАТИРИЦЫ D В ОПЕРАТОРЕ DIMENSION