автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.05, диссертация на тему:Разработка и исследование технологии изготовления штамповкой обкатыванием полых тонкостенных изделий

На правах рукописи

ХОМЕНКО АНДРЕЙ АНАТОЛЬЕВИЧ

УДК 621.774.25

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ШТАМПОВКОЙ ОБКАТЫВАНИЕМ ПОЛЫХ ТОНКОСТЕННЫХ ИЗДЕЛИЙ

Специальность 05.03.05. - "Процессы и машины

обработки давлением"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

г. Ижевск - 1996 г.

Работа выполнена в Ижевском государственном техническом

университете

Научный руководитель - доктор технических наук,

член-корр. АТН РФ, заслуженный деятель науки УР, профессор Ижевского государственного технического университета Н.А.Корякин

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Московского института стали и сплавов А.Г.Кобелев; кандидат технических наук, доцент Ижевского государственного технического университета Ю.О. Михайлов

Ведущая организация - ГП "Механический завод" (г.Ижевск).

Защита состоится " /9 "йелса&^лп. 1996г.в /4 часов на заседании диссертационного совета ССК 063.01.01 в Ижевском государственном техническом университете:

426069, г.Ижевск, ул.Студенческая,7.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИжГТУ.

Автореферат разослан " / " их> й. 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета к.т.н., доцент

Сидоренко В.И.

АННОТАЦИЯ

В результате теоретических и экспериментальных исследований процессов штамповки обкатыванием (обратного выдавливания полых заготовок из контейнера и формообразования их донной части, а также влияния структурных и технологических факторов изготовления на механические свойства стали 35 ), разработаны ресурсосберегающие комплексные технологии получения штамповкой обкатыванием полых тонкостенных изделий повышенной надежности, в том числе газовых автомобильных баллонов емкостью до 50 л из листовых, трубных и прутковых заготовок. Реализованы комплексные технологии изготовления корпусов фильтров и сифонов, коэффициент использования металла которых составляет 0,8...0,9, а трудоемкость, в сравнении с существующими способами, снижена на 20...40 %. Результаты работы использованы при проектировании специализированного пресса штамповки обкатыванием усилием 10 МН.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В различных отраслях промышленности находят широкое применение полые тонкостенные изделия (ПТИ) : корпуса гидро- и пневмоцилиндров, фильтров, сосуды высокого и низкого давления, в том числе газовые автомобильные баллоны. К ПТИ предъявляются высокие требования по показателям прочности, пластичности и вязкости материала, точности размеров и геометрической формы, шероховатости поверхностей, а в ряде случаев по коррозионной стойкости и теплостойкости.

Большую часть ПТИ изготавливают с использованием методов обработки металлов давлением. Практически все известные технологии характеризуются многопереходностью, высокой трудоемкостью, большим расходом металла.

Дальнейшее развитие производства возможно на основе новых интенсивных процессов, одним из которых является штамповка обкатыванием (ШО). В сравнении с традиционными процессами, ШО характеризуется многократным уменьшением усилий деформирования за счет локализации очага деформации, большими степенями деформации металла за переход, более широкими возможностями получения изделий из малопластичных материалов.

Таким образом совершенствование технологий изготовления ПТИ, путем разработки ресурсосберегающих технологий ШО, является актуальной задачей.

Общая методика исследований. В работе использован комплексный подход, включающий теоретические, экспериментальные и

технико-экономические исследования. Теоретические исследования проведены на основе теорий обработки металлов давлением, безмо-ментной теории расчета оболочек, методов аналитической геометрии, математического моделирования. Обработку результатов проводили на ПЭВМ. В экспериментальных исследованиях, осуществленных на производственном комплексе УНЦ "Технология" ИжГТУ, применялась современная измерительная и регистрирующая аппаратура. Результаты обрабатывались методами математической статистики. * " '

Достоверность полученных результатов подтверждена сравнением теоретических и экспериментальных данных , а также на основе промышленного использования разработанных процессов.

Научная новизна. Теоретически и экспериментально определено соотношение между энергосиловыми й технологическими параметрами процессов обратного выдавливания полых полуфабрикатов из контейнера и формообразования их донной части ШО. Экспериментальное исследование влияния технологических схем изготовления полых изделий с применением ШО (варьирование структурных и технологических параметров) на комплекс механических свойств стали 35 ГОСТ 1050-88 показало возможность увеличения на 15-20% прочностных показателей при сохранении на высоком уровне характеристик пластичности и вязкости.

Практическая ценность. Разработаны высокоэффективные комплексные технологии изготовления ПТИ штамповкой обкатыванием, значительно сокращающие отход металла, снижающие трудоемкость изготовления и повышающие качество изделий. Получены зависимости, предназначенные для инженерных расчетов таких операций ШО, как обратное выдавливание полых заготовок из контейнера и формообразования донной части, подбора и конструирования оборудования. Повышение комплекса механических свойств стали 35 путем реализации одной из схем термомеханической обработки позволяет использовать ее, взамен легированных сталей для изготовления высокопрочных изделий, в том числе газовых автомобильных баллонов высокого давления. Разработана инженерная методика проектирования комплексных технологий изготовления штамповкой обкатыванием ПТИ повышенной надежности, внедрение которых позволит повысить коэффициент использования металла до 0,8...0,9 и снизить трудоемкость изготовления на 20...40 %.

Реализация результатов работы. Результаты работы внедрены в УНЦ "Технология" ИжГТУ и на ГП "Ижевский механический завод" при изготовлении газовых баллонов, корпусов фильтров, ä"также использованы при разработке конструкции специализированного пресса штамповки обкатыванием усилием 10 МН.

Апробация работы. Основные положения работа докладывались и обсуждались на научно-технической конференции штамповщиков Западного Урала, проходившей в г.Перми в 1989 г., на Всероссийском научно-техническом семинаре "Перспективные процессы формообразования металлов с локально-подвижным очагом пластической деформации", проходившем в г. Ижевске в 1993 г., на семинаре "Перспективы производства точных заготовок", проходившем в МДНТП им.ФЗ. Дзержинского, г. Москва, в 1990 г., а также на ежегодных научно-технических конференциях Ижевского государственного технического университета, проходивших с 1989 по 1996 г. По результатам выполненных исследований опубликована статья, десять тезисов докладов научно-технических конференций, получен патент и одно положительное решение о выдаче патента.

На защиту выносятся : Разработанные и апробированные технологии изготовления штамповкой обкатыванием лейнеров газовых баллонов высокого давления среднего объема (4 ... 50 л), ГОСТ 949-73. Результаты теоретических и экспериментальных исследований процессов обратного выдавливания полых изделий из контейнера и формообразования их донной части, а также экспериментального исследования влияния структурных и технологических факторов изготовления ПТИ с применением штамповки обкатыванием на механические свойства стали 35 ГОСТ 1050-88. Инженерная методика проектирования комплексных технологий изготовления полых изделий штамповкой обкатыванием.

Объем и структура диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, четырехглав, общих выводов, библиографии из 93 названий и приложений. Объем работы 132 страницы машинописного текста, включая 45 иллюстраций, 5 таблиц. Приложения состоят из акта, отражающего внедрение результатов работы, и расчетных программ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность разрабатываемой темы, изложены преимущества используемого способа формоизменения заготовок штамповки обкатывающим инструментом и сформулирована цель работы: разработка и исследование ресурсосберегающих комплексных технологий изготовления штамповкой обкатыванием ПТИ.

Состояние вопроса и постановка задач исследования

Существующие технологии изготовления ПТИ и пути их совершенствования рассмотрены на примере изготовления газовых бал-

лонов (ГБ) высокого и низкого давления среднего объема (от 4 до 50л.), требования к которым определены ГОСТ 949 - 73.

Способы производства ГБ, за исключением изготовления из труб, характеризуются высокой трудоемкостью, большим расходом металла, повышенной массой получаемых изделий. В технологическую схему изготовления бесшовных баллонных заготовок входят не менее 4-5 формообразующих операций (подготовка исходной заготовки, получение полого полуфабриката, формирование стенки и горловины изделия) , термические и химические операции, механическая обработка. В зависимости от вида исходной заготовки применяют три основных способа производства ГБ : из бесшовных горячекатаных труб путем горячей закатки концевых частей заготовок на закатных машинах; из сортового проката - прошивкой на гидравлических прессах в горячем состоянии с последующей механической обработкой, раскаткой и закаткой полученных стаканов; из листовых заготовок многократной холодной вытяжкой на прессах.

Анализ способов изготовления баллонов показал, что наиболее высоких результатов следует ожидать при совершенствовании технологий, использующих в качестве исходных листовые и особенно сплошные заготовки. Это связано прежде всего с высоким качеством получаемых изделий.

Одним из перспективных способов формоизменения заготовок является штамповка обкатыванием, позволяющая значительно снизить усилия, повысить достигаемые степени деформации, обрабатывать высокопрочные труднодеформируемые материалы.

Благодаря разработкам ученых и инженеров ИжГТУ штамповку обкатыванием стало возможно эффективно использовать не только в процессах объемной, но и листовой штамповки. В работах Корякина H.A., Глухова В.П. и др. выдвинуты и обоснованы идеи создания комплексных технологий изготовления штамповкой обкатыванием различных, в том числе, достаточно сложных изделий.

Изучив преимущества и недостатки известных способов изготовления баллонов и технологические возможности, которые появляются при использовании на формообразующих переходах штамповки обкатывающим инструментом, выявлены возможные варианты технологий изготовления ПТИ, схемы которых представлены на рис. 1. и рис. 2. Отличие вариантов обусловлено видом исходной заготовки, в качестве которой может быть лист или пруток.

Применение штамповки обкатыванием в листовой технологии позволяет значительно повысить КИМ и расширить выбор исходного материала. Части полосы или прутка, квадратные карточки практически безотходно раскатываются в диск, из которого формируется полая заготовка.

№ т

эскиз заготовки по переходам

операции

схема процесса формоизменения

резка прутка на заготовки, нанесение смазки

ч

, 1/ о

I „

обратное выдавливание из контейнера закалка, отпуск, фосфатирование

формообразование донной части

вытяжка-прессование

закатка горловины, последеформационны й отжиг, механическая обработка

Рис. 1. Технологические схемы изготовления газовых баллонов штамповкой обкатыванием из прутка

№ эскиз заготовки по переходам операции схема процесса формоизменения

1 отрезка мерной заготовки, отжиг, фосфатирование

2 -с штамповка диска ЙЁГ

3 ¿Г™ - многопереходная вытяжка, закалка, отпуск, • фосфатирование —^К)

4 далее см. п. 3,4,5 на рис. I

Рис. 2. Технологические схемы изготовления газовых баллонов штамповкой обкатыванием из листовых заготовок

Наиболее эффективной является технология изготовления ПТИ из прутковой заготовки, в основе которой находятся процессы позволяющие получить точную полую заготовку (разностенность менее 1%) с окончательно сформированной донной частью изделия. Это процесс обратного выдавливания полых заготовок из контейнера и формообразования их донной части.

В процессе выдавливания из контейнера полую заготовку получают из прутка диаметром в 1,5...3 раза меньше наружного диаметра изделия. Отход металла не превышает 5...10 %. Формирование донной часта заготовки обкатыванием позволяет практически безотходно получить требуемую конфигурацию дна ГБ.

Утонение стенок проводится эффективными процессами прессования и вытяжки с утонением в проходном обкатывающем инструменте, исследованию которых посвящены работы Корякина H.A., Глухова В.П., Степанова В.Ф. При формировании горловины применяют либо обжим в обкатывающей матрице, либо закатку.

Кроме формообразования необходимо обеспечить определенный уровень механических свойств материала изделия. В работах Бернштейна M.JI. рассмотрены способы повышения комплекса механических свойств сталей путем термомеханической обработки, одну из схем которой, а именно- механотермическую обработку, исследовали Ништа А.П., Есин В.И. и др., применяя на формообразующих переходах штамповку обкатыванием.

Для решения вопроса об использовании углеродистых конструкционных сталей в производстве ПТИ, в том числе газовых баллонов, нужно было определить влияние структурных и технологических факторов изготовления на механические свойства этих сталей.

Для практического использования результатов работы должны быть разработаны рекомендации по проектированию технологий изготовления ПТИ с применением процессов штамповки обкатыванием.

Таким образом для реализации поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Обосновать возможность изготовления полых тонкостенных изделий штамповкой обкатыванием.

2. Теоретически и экспериментально исследовать процессы штамповки обкатыванием :

- обратного выдавливания полых заготовок из контейнера,

- формообразования донной части полых изделий.

3. Экспериментально изучить влияние технологических схем изготовления и параметров процессов штамповки обкатыванием (структурных и технологических факторов) на комплекс механических свойств углеродистых конструкционных сталей, например, стали 35.

4. Разработать инженерную методику проектирования комплексных технологий изготовления штамповкой обкатыванием полых тонкостенных изделий.

Во второй главе проведено теоретическое исследование процессов формообразования донной часта полых изделий и обратного выдавливания из контейнера.

Определение оптимальной формы донной части ГБ, получаемых штамповкой обкатыванием, проведено с помощью безмоментной теории оболочек с учетом особенностей процесса формообразования с локализацией очага деформации. Максимальная прочность соответствует сферическому дну, однако штамповка обкатыванием таких поверхностей затруднительна из-за большой величины радиальной составляющей усилия штамповки. Наиболее технологичными являются плоские поверхности. В качестве компромиссного варианта предложена форма дна в виде эллипсоида с соотношением длин полуосей 0,5...0,7 , меньшая из которых совпадает с осью симметрии заготовки. Для компенсации повышенных напряжений, в месте перехода донной части в стенку, достаточно увеличить толщину стенки в этой зоне на 5... 10 %.

Составной частью определения силовых параметров штамповки является расчет площади контактной поверхности инструмента и заготовки Тк■ На основе методов аналитической геометрии разработана методика ее точного вычисления.

Составлена программа расчета, получены зависимости величины площади контактной поверхности от технологических параметров штамповки и формы заготовки, которые показали, что наиболее существенными являются - угол наклона инструмента 0 и подача заготовки 5* за цикл обкатывания.

Исследование изменения величины и места расположения контактной поверхности при штамповке донной части изделия позволило разработать способ интенсификации объемной штамповки обкатыванием, заключающийся в цикличном изменении угла наклона обкатывающего инструмента от 0,5° до его максимального значения и обратно.

Уменьшение площади контактной поверхности на заключительной стадии каждого цикла штамповки (0 ~ 0пж) позволяет увеличить уровень контактных напряжений на 10-15% и продеформиро-вать заготовку дополнительно на некоторую величину. Для реализации способа необходимо оснащение штамповочного оборудования механизмом изменения угла наклона инструмента непосредственно в процессе штамповки.

Определение энергосиловых параметров процессов: формообразования донной части ПТИ и обратного выдавливания из контейнера штамповкой обкатыванием проводили с использованием инженерного метода и метода баланса работ. Расчетная схема процесса формообразования донной части полых изделий представлена на рис. 3., а.

Рис. 3. Расчетные схемы определения энергосиловых параметров процессов:

а) формообразования дна;

б) обратное выдавливание из контейнера

Исследование кинематики взаимодействия рабочей поверхности обкатывающего инструмента с заготовкой позволило обосновать граничные условия и принять следующие допущения:

1. Материал заготовки жесткопластичный.

2. Размеры инструмента и расстояние между составными частями инструментальной наладки не изменяются.

3. Силы трения на контактной поверхности обкатывающего инструмента и заготовки близки к нулю т « 0, а на других контактных поверхностях определяются по закону Амонтона-Кулона:

где ц - коэффициент контактного трения при пластическом деформировании, <7н - нормальное давление на поверхности контакта. 4. На границах объемов металла, по которым происходит сдвиг, действуют максимальные касательные напряжения

а)

б)

- 0,5 <х8 ,

где № - напряжение текучести деформируемого материала. 5. В качестве расчетного промежутка принимаем время одного цикла обкатывания, в течение которого технологические параметры (угол наклона инструмента, подача инструмента и др.) можно считать постоянными. Очагом пластической деформации является часть заготовки, ограниченная рабочими поверхностями деформирующего инструмента и поверхностью, проходящей по границе контакта инструмента с заготовкой перпендикулярно рабочим поверхностям инструмента.

Очаг деформации условно разделен на элементы - сектора, в пределах которых деформацию можно считать плоской , тле. разделяющие их поверхности совпадают с направлением течения металла.

Средние контактные напряжения для каждого элемента определяются в зависимости от протяженности его в радиальном направлении по одной из формул, приведенных ниже:

а) при п< 0.2Д , д = 2,6 оь, ( 1) где К - радиус заготовки,

П - протяженность элемента в радиальном направлении;

б) при 0,2Я<п<Л-*,

1 ^ - '

2 рК / + л/2М

—+ -—агсБШ — + 1,1 ш-

ч3 2Л К I

(2)

где р - радиус кривизны поверхности заготовки на границе контакта,

I - толщина стенки цилиндрической части заготовки, I - протяженность образующей элемента; в) при /*1 > /? - (

С

п 2 _1_ (I Я к) 13 М +д/3 +\2+ЗИ.+IV

С +—

А 2 т_

(3)

Для определения полного усилия штамповки Р, необходимо к сумме усилий для деформации всех элементов добавить составляющую Рь, которая учитывает взаимодействие их между собой.

Тогда Р = Т.д1/1+Рь . (4)

где - площади проекций контактной поверхности /-го элемента на плоскость перпендикулярную определяемого усилия;

Р„ =0,25ст -/2Л, (5)

ь > fo V max 1,1111 /

где h„ , hK - толщина заготовки в начале и конце расчетного цикла обкатывания;

К тах > /о min ~ максимальная и минимальная длина образующей донной части проведенной от оси заготовки до границы контактной поверхности. В процессе обратного выдавливания из контейнера силовыми параметрами, которые необходимо определить, являются:

- усилие перемещения заготовки Рп;

- усилие воспринимаемое рабочей поверхностью матрицы Р. Расчетная схема определения усилия перемещения заготовки

представлена на рис. З.,б. Принятые допущения аналогичны задаче формообразования дна полых изделий.

На основе исследования кинематики смещаемых объемов металла определена скорость перемещения заготовки, обеспечивающая оптимальные параметры процесса деформирования:

s.„m=^dtge, (6)

где d - диаметр заготовки.

Величина средних контактных напряжений на торце пуансона, при отсутствии сопротивления перемещению заготовки по контейнеру, что соответствует, например, заключительной стадии процесса штамповки, и подачах не превышающих Sonm, определяется из соотношения:

<7)

где h - толщина донной части полуфабриката.

Усилие перемещения заготовки, которое должно обеспечить оборудование

Р = 0,25ясРдп . (8)

Если подача заготовки выше значения Somn, то, для определения усилия перемещения заготовки следует пользоваться формулой:

, \ +—] +Ц1п-fl -^Ц +-fl +11 , (9) К W dl s) .ск 4S м

» Kdl

где Рт - составляющая усилия, необходимая для преодоления сил трения заготовки о стенки контейнера:

(Ю)

где L - длина части заготовки расположенной в контейнере.

На основе полученных зависимостей разработаны математические модели процессов обратного выдавливания из контейнера и формообразования донной части полых изделий в виде расчетной программы. Исследование модели позволило определить технологические параметры процессов и соотношение размеров изделия и заготовки, обеспечивающих получение качественных изделий при минимальных энергозатратах.

Рекомендуемые значения для процесса обратного выдавливания из контейнера:

d = 3 ... 8 h, d = 0,4 ... 0,7D ,0 = 2 ... 40, S = 0,8 ... 1,2Sonm ; для процесса формообразования донной части:

h = 0,02 ... 0,2D ,0 — 1 ... 3°.

Третья глава посвящена экспериментальным исследованиям, которые проводились на штамповочном оборудовании УНЦ "Технология" ИжГТУ, в состав которого входят специализированные пресса для штамповки обкатыванием усилием до 10 МН (П0440ШО, П2940ШО), серийные длинноходовые пресса усилием от 0,2 до 4 МН (П7836, Muller, ПС-20 и др.), оснащенные установками для придания инструменту обкатывающего движения.

Для регистрации силовых параметров штамповки, скорости перемещения инструмента и заготовки применен тензоизмерительный комплекс.

Проверка зависимостей полученных в ходе теоретических исследований процессов обратного выдавливания полых заготовок из контейнера и формообразования их донной части обкатывающим инструментом проводилась на заготовках из алюминиевого сплава АД 1М и сталях 08кп и 35ХН.

В процессе обратного выдавливания обкатыванием из заготовок диаметром 50 и 90 мм получали полуфабрикаты диаметром 120 и 150 мм, соответственно, и толщиной стенки и дна от 6 до 15 мм. Отклонение теоретического значения усилия перемещения заготовки в контейнере от экспериментального не превышало 20%.

При штамповке дна заготовок диаметром 120 мм и толщиной с 10 до 2 мм, отклонение максимальных значений усилий штамповки, определяемых теоретически и экспериментально, не превысило 25%, что также можно считать удовлетворительным для приближенных методов определения силовых параметров штамповки.

Исследование отклонений размеров заготовок с использованием статистической обработки показало:

- точность соответствует 9-10квалитетам ГОСТ 25346-82;

- шероховатость поверхностей Яа 0,63...2,5 по ГОСТ 2789-73.

Осуществление необходимого набора формоизменяющих операций позволило перейти к решению вопроса использования для высо-конагруженных ПТИ углеродистых сталей путем обеспечения повышенного комплекса механических свойств, достигаемого реализацией одной из схем термомеханической обработки с применением штамповки обкатыванием. Проведено экспериментальное исследование влияния технологических и структурных факторов изготовления на комплекс механических свойств стали 35.

Заготовки получали по различным схемам (рис. 4), которые отличаются исходным структурным состоянием металла (отжиг, закал-ка+высокий отпуск, закалка+низкий отпуск ), температурой после-деформационного отжига ( 200, 300, 400, 500 °С ), а также технологическими параметрами ( степень пластической деформации, подача заготовки, угол наклона деформирующего инструмента, положение инструмента относительно центра качания, схема нагружения заготовки).

Механические характеристики материала (прочность, пластичность, вязкость, уровень остаточных напряжений) определяли стандартными испытаниями после каждого этапа обработки.

Рис. 4. Технологические схемы изготовления полых изделии штамповкой обкатыванием из стали 35: 3 - закалка, О - отпуск, ШО - штамповка обкатыванием, ПО - последеформационный отжиг, МО - механическая обработка.

Исследование показало, что наибольшее влияние на механические характеристики оказывают: режимы предварительной и после-деформационной термообработки, степень пластической деформации. Анализ зависимостей (рис. 5 и 6), позволил установить, что максимальный уровень механических свойств получен при деформиро-

вашш заготовок после закалки и отпуска на 560 °С. При штамповке обкатыванием заготовок, в том числе в термоупрочненном состоянии, при повышении прочности показатели пластичности и вязкости остаются на довольно высоком уровне. Устранение термоупроч-няющих операций на заключительной стадии изготовления позволяет за счет повышения точности заготовок и отсутствия окалины значительно сократить объем механической обработки.

МПа

1400 1200 юоо 800 600 4С0 200 0

^ -

Й А б*

и в 1--

Ю 20 30 40

50 40 30 20 10 о

У

Ч N ч-«ч

о Ч £

Г

Р

л*

1 £

10 20 30

Г, У, 80 Л*

70 80

50 70

50 60

40 50 ,

30 40 <

20 30

10 20 10

*°Е, %

\

\

ч Т

Т

л

' 1

ю 20 30 40

80 70 60 50 40 30

20 10

Рис. 5. Зависимости механических характеристик от степени

деформации при предварительной термической обработке заготовок:

Д - отжиг; х - закалка + отпуск 560°С; о - закалка + отпуск 150°С

§

«

Ч> / ✓

У. / /

Л ✓

Г

Г- Чп а ъ XI-

Рис. 6. Зависимости механических характеристик после холодной штамповке обкатыванием от температуры последеформационного отжига: А - после отжига и деформации на 42%; х - после закалки, отпуска на 560°С и деформации на 42%; о - после закалки, отпуска на 150°С и деформации на 10%

При обработке термоупрочненной стали получены следующие свойства:

схв=900МПа, сг07 =800МПа, <5=20%, ^=60%, КСУ+*> =80Дж/см2, КСУ-60 —70Дж/см2.

Повышение комплекса механических свойств увеличивает надежность изделия и позволяет уменьшить его массу или заменить материал более дешевым, например, рекомендовать сталь 35 для изготовления газовых баллонов высокого давления взамен легированных сталей. Для таких изделий, работающих при больших колебаниях нагрузки, особенно важно сохранение материалом пластичности.

В четвертой главе изложены материалы по практическому использованию результатов диссертационной работы.

На основе проведенных исследований формообразующих операций и способов, обеспечивающих необходимый комплекс механических характеристик материала, разработана инженерная методика проектирования комплексных технологий изготовления ПТИ штамповкой обкатыванием (рис. 7).

Методика включает в себя определение схемы изготовления изделия и разработку отдельных формообразующих операций. Для каждой операции получают рабочие чертежи исходной заготовки, штампуемого полуфабриката (изделия), инструмента и технологической наладаи, назначают кинематические и рассчитывают энергосиловые параметры и на их основе подбирают оборудование.

Разработанные технологии реализованы при изготовлении корпусов фильтров, сифонов, лейнеров газовых автомобильных баллонов.

При изготовлении корпуса фильтра использован трехслойный биметалл марки 90лк+11кп+90лк. Из квадратной карточки безотходно получали кружок толщиной 3 мм и диаметром 214 мм, а затем вытяжкой (2 перехода), утонением дна и вытяжкой с утонением (2 перехода) получили корпус диаметром 122 мм толщиной стенки и дна 2 мм. КИМ=0,9.

Штамповка обкатыванием биметалла показала следующее:

- биметаллы технологичны: расслоения не наблюдались, а исключение из технологии операций нанесения подсмазочных покрытий позволяет значительно улучшить экологическую чистоту производства;

- возможно получение изделии с коррозионностойким покрытием.

Комплексная технология изготовления полых изделий из прутка реализована при штамповке изделия типа колбы из алюминиевого сплава АД1М. Из заготовки диаметром 50 мм получен глу-

бокий стакан диаметром 128 мм, толщиной стенки и дна 8 мм, причем его разностенносггь не превьппала 0,2 мм. Дальнейшая обработка состояла в вытяжке с утонением стенки (2 перехода), и обжиме в обкатывающем инструменте. Отход металла не превысил 10%.

Рис. 7. Схема инженерной методики проектирования технологии

изготовления газовых баллонов штамповкой обкатыванием

В УНЦ "Технология" разработано несколько перспективных ресурсосберегающих технологий изготовления лейнеров газовых автомобильных баллонов, в которых использовались результаты

настоящей диссертации. Разработки направлены как на совершенствование существующих производств (использование штамповки обкатыванием на отдельных этапах изготовления), так и на создание новых специализированных линий, реализующих комплексную технологию штамповки обкатыванием.

Изготовлена опытная партия лейнеров объемом 50 л диаметром 300 мм и толщиной стенки 5 мм. Полую заготовку получали ковкой на молоте с последующей сверткой при изготовлении стальных баллонов и закаткой трубных заготовок из алюминиевого сплава.

Затем штамповкой обкатыванием формировали донную часть и стенку. На заключительной стадии осуществляли закатку горловины и термообработку. Применение штамповки обкатыванием позволило сократить расход металла на 20% и трудоемкость изготовления на 15% за счет снижения объема механической обработки.

Реализация процессов штамповки обкатыванием полых изделий диаметром более 150 мм из высокопрочных материалов в настоящее время затруднительна из-за отсутствия мощного специализированного оборудования. Поэтому конструкторами и технологами УНЦ "Технология" ИжГТУ и завода тяжелых механических прессов г. Воронежа спроектирован уникальный пресс для штамповки обкатыванием усилием 10 МН, который предназначен для получения точных глубоких стаканов диаметром до 400 мм и длиной до 700 мм с осуществлением операций, разработанных в настоящей работе. При проектировании пресса учтены результаты теоретических и экспериментальных исследований (соотношение основного усилия, воспринимаемого обкатывающим инструментом, и вспомогательного усилия перемещения заготовки), предусмотрен механизм изменяющий угол наклона инструмента в процессе штамповки.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Анализом существующих способов изготовления ПТИ и технологических возможностей процессов штамповки обкатывающим инструментом, доказано, что применение штамповки обкатыванием является одним из путей ресурсосбережения и повышения качества изделий.

2. Проведено теоретическое исследование процессов обратного выдавливания полых изделий из контейнера и формообразования их донной части штамповкой обкатыванием с использованием инженерного метода и баланса работ. Получены математические модели указанных процессов и проведено их исследование, по результатам которых определены зависимости энергосиловых параметров процессов от технологических, а также от размеров изделия. Экспериментально подтверждены результаты теоретических исследований: отклонение силовых параметров составило 15-20% - для обратного

выдавливания из контейнера и 20..25% - для формообразования донной части.

3. Экспериментально исследовано влияние схем обработки с применением штамповки обкатыванием фазное сочетание структурных и технологических факторов) на комплекс механических характеристик стали 35. Установлено следующее:

- штамповка обкатыванием позволяет, одновременно с увеличением предельных степеней деформации, получать повышенный комплекс механических свойств;

- варьируя температурно-деформационными факторами, можно управлять комплексом механических свойств;

- устранение термоупрочнения на заключительной стадии изготовления значительно сокращает объем механической обработки за счет повышения точности заготовок и отсутствия окалины.

4. Экспериментально определена возможность использования стали 35 для изготовления штамповкой обкатыванием газовых баллонов высокого давления взамен легированных сталей.

5. Экспериментально доказана возможность получения точных заготовок ПТИ штамповкой обкатыванием: точность размеров по 9-10 квалитету, а шероховатость поверхности не более Ra 1,25-2,5.

6. На основе результатов теоретических и экспериментальных исследований разработана инженерная методика проектирования ресурсосберегающих комплексных технологий изготовления полых тонкостенных изделий.

7. Результаты работы использованы при проектировании ресурсосберегающих комплексных технологий изготовления штамповкой обкатыванием корпусов фильтров и лейнеров газовых баллонов, а также при создании конструкции уникального специализированного пресса штамповки обкатыванием усилием 10 МН.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. Хоменко A.A., Корякин H.A. Малоотходная и малопереходная технологии изготовления заготовок корпусов гидроцилиндров //Тез. докл. IX Научно-техн. конф. штамповщиков Западного Урала "Пути повышения эффективности листоштамповочного производства" - Пермь, 1989.- С. 7-8.

2. Хоменко A.A. Малоотходная и малопереходная технология получения сосудов высокого и низкого давления // Тез. докл. Научно-техн. конф. "Ученые Ижевского механического института - производству" - Ижевск, 1990.- С. 49.

3. Корякин H.A., Глухов В.П., Хоменко A.A. Выдавливание полых заготовок обкатыванием // Материалы семинара "Перспективы производства точных заготовок и деталей методами объемного де-

формирования" - M. :МДНТП им. Ф.Э. Дзержинского, 1990,- С. 139142.

4. Корякин H.A., Хоменко A.A., Глухов В.П. Устройство дам штамповки обкатыванием. Положительное решение НИИГПЭ о выдаче патента РФ по заявке N 4942550 от 06.06.91.

5. Корякин H.A., Глухов В.П., Сурков В.А., Хоменко A.A. Способ изготовления изделий. Положительное решение НИИГПЭ о выдаче патента РФ по заявке N 5049867 от 29.06.92.

6. Хоменко A.A., Мардогалямова C.B. Исследование процесса выдавливания заготовок в обкатывающей матрице И Тез. докл. На-учно-техн. конф. "Ученые Ижевского механического института -производству" - Ижевск, 1992.- С. 56.

7. Хоменко A.A. Изготовление тонкостенных корпусных изделий штамповкой обкатыванием // Тез. докл. Всероссийский научно-технический семинар. "Перспективные процессы формообразования металлов с локально-подвижным очагом пластической деформации" - Ижевск, 1993,- С. 14-18.

8. Корякин H.A., Ништа А.П., Хоменко A.A., Глухов В.П. Влияние технологических схем изготовления гидроцилиндров с применением штамповки обкатыванием на механические свойства материала изделия // Ижевский механический институт -Ижевск, 1993.- 10 с.-Деп. в ВИНИТИ 15.12.93. N 3074-893.

9. Хоменко A.A. Разработка технологии изготовления тонкостенных корпусных изделий штамповкой обкатыванием // Тез. докл. На-учно-техн. конф. "Ученые Ижевского государственного технического университета - производству" - Ижевск, 1994.- С.51.

jùa^

ЛР №020885 от 24.05.94.

Подписано в печать ш.о.,м........ ... Формат 60x84/16

Бумага офсетная. Усл. печ. л. Ц6. , Уч.-изд. л.

Тираж 100 экз. Заказ №... Отпечатано на ризографе Издательства ИжГТУ Плр №020048 от 09.06.95.

Издательство и типография Ижевского государственного технического университета. 426069, г. Ижевск, Студенческая, 7