автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.05, диссертация на тему:Разработка и освоение в промышленных условиях научно-обоснованной методики проектирования технологических процессов горячей листовой штамповки дисков трения промышленных тракторов

•л \

о

Московский ордана Ленина, ордена ОкгжЗрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени Государственный Технический Университет имени Н.Э.Баклана

На правах рукописи

СУВОРОВ АЛЕКСЕЙ ПЕТРОВИЧ

РАЗРАБОТКА И ОСВОЕНИЕ В ПРОШШШНЬК УСЛОВИЯХ НАУЧНО-СБОСШЛШНОЙ МЕТОДИКИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ГОРЯЕЙ ЛИСТОВОЙ ' ШТАШОВКИ ДИСКОВ ТРЕНИЯ ПРОШИШЕШНЕ ТРАКТОРОВ

05.03.05 - Процесса и машина о(Зра(5откн давлением

Авторе ф е par

диссертации на сонсканиэ учеяой степени кандидата технических наук

Москва - IS93

Работа выполнена_в Производственном объединении "Чебоксарский ¥ав6д^рошЖёш11а_тракторов"

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Бочаров Ю.А.

.Официальные оппонента: доктор технических наук, црофессор

Матвеев А.Д.

кандидат технических наук .доцент" Константинов В.Ф."

Ведущее предприятие - НПП "Темп"

Защита состоит ;я »У Г» ¿Х^Юти^ 19дзг. в I О. час. на заседании специализированного Совета К 053.15.13 в Московском ! государственном техническом университете им.Н.Э.Баумана по адресу: 107005, Москва, 2-я Бауманская ул., д 5.

Ваш отзыв в одном экземпляре, заваренный печатью, просим высылать по указанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МП/ им.Н.Э.Баумана.

Келаэдие присутствовать ва зацате диссертации должны заблаговременно известить Совет письмами заинтересованных организаций на имя председателя Совета.

Телефон для справок: 261-65-14.

Автореферат разослан " ^ " & 1993г.

.и.

Ученый секретарь Совета кавд.техн.наук, доцент. 1цубин И.Н.

Подо.к печ. 0бъвиШп.л. 8ак. Тир. 100 экз.

Типография МГГУ им.Н.Э.Баумана

Дкт5а®пооть_!Шоблеш. Первостепенной задачей казино строения является ноуклошгао повышение технического уровня, качества, надежности выпускаемо* машин при постоянном снижении затрат на их . производство. Переход и ресурсосберегающий к безотходным технологиям получения заготовок н кузнэчно-гатамповочном производстве позволит резко снизить затраты на изготовление г/ленк за счот повышения коэ^пгоиопта использования ггэтатла (КИМ), т.к. затрата па мотам в себестоимости малин достигает

Дотата типа полон, Фкищев, к которым относятся и диски трения муфт оцошгошш тракторов, в пзстояцсо вреггя изготавливают вырубкой в ¡лтат.-лах из листового проката. Эти слособн характеризуются низким кояффшие.чтоп использования металла, равным 0,2-0,3.

В то хо нремл изготовление фрикционных дисков лз заготовок, полученных лутоп преобразования горячей стшжсекой цилиндрической кольцовой заготовки, спаренной аз полосового проката в плоскую кольцопую, позволяет избегать этого недостатка.К доне трущий дисков трения и структуре металла дкекои предъяатяготся жесткие требования по геоютркчееккм параметрам и вксокио эксплуата-даон-нно требовашьч по и-адохкости и износостойкости. В этой связи для разработка и яяолргмгш калоотаодноЛ тсхвологхя получения аагото-аок дисков «рзиил из сларной кольцоеой зоготоаш требуются учет поведения евг.ркого иза при г,«зарится:, наудю-обосноваиная методика проектпросапия тышх технологических процессов. Имеющиеся в литературе рохокзицшил носят '/процентах характер к во слогом но отвечают соврекеиню! требованиям.

Создание нзучно-обесновшшой кзтоддш проектирования пара-¡летров процесса горячек листовой шгашовки дисков трэкия является актуальной задачей 1:31: в практическом, гак л в научном плако.

Настоящая работа является дродолхотеем исследований по возможности ксполъзозанпя цилиндрической сварной обвчайсп в технологических процессах горячей лз!стово>; птлм.човш1, лроводлгих па кафедре "Кзсияк и автоматизация обработки тататлов давлением" ЙПУ им.Н.Э.Баумана,

имь_и_2аЗ'32!0:Ш5_ХВ- Цаш> рабоги является разработка я освоение в ироп'лщдажи условиях, на основе теоретических и экс-лерн}«тташ1нх псоледоляакЗ, раучио-обоспор'шнои устозвха ¡троо::-тпрозания тохиодогггиспяг процессов игагповг.ч заготовок дувки? треяпа ил сварной хольлгчоЛ обечаЛкн» создание клуи о-оЛгскогяи-нкх реком-1ша1г:и по расчету рабских 'тас;е;? кнегруг.пнтл.

соотяот.тгь'.к о целью работ.-', дообхолдг» рекитт. слолу>ш©

задачи:

1. Теоретичесгаг и эксперимзнталъко исследовать комбинирований процесс облика с раздачей сварных кольцевых заготовок в форма обечаек, установить параметры процесса, структуру и механические свойства материала, обеспечиггющие оптимальные степени деформации при обкиме о раздачей без разрывов и потери устойчивости.

2. Зиявигь влияние температурных полей в очаге деформации на гаханичесюта свойства материала и послеоперационные деформации готовой заготовки диска. •

3. Проверить экспериментально правомерность допущений н результаты анализа процесса обжима с раздачей.

4. Проьести оптимизация параметров формоизменения по критериям эксплуатационных требований к готовому изделию.

5. На базе теоретических и экспериментальных исследований определить возможную область использования рассматриваемое процесса и разработать научно-обоснованную методику проектирования параметров процесса горячей штамповки дисков трения и рабочих частой инструмента,

6. Внедрит в промышленных условиях ПО "Ч(.5оксарский завод промшленяых тракторов" технологические процессы ^орглей шташов-ки дисков трения тракторов из сварных цилиндрических обечаек.

Научная новизна заключается в разработке метода:« анализа напряженного состояния цилиндрической обечайки цри горячем дефор-мироваши с учетом нестационарности температуры в очаге деформации. В результате теоретических и экспериментальных исследований получены зависимости, выражающие соотношение коэффициентов обжига и раздачи в процессе горячего деформирования с учетом нзета-циочарности температуры вдоль образующей заготовки, зависимости, зыршсатацие соотношения зон обжима и раздачи ог интенсивности ох-лавдешя участков заготовки.

Разработана научно-обоснованная методика расчета исходных размеров заготовок и исполнительных размеров рабочих частей ос-иастки.

3 процессе разработки методики разработан способ получения дотам.: типа колоц, по которому принято лолокитольное решение Го-сударсггьеннхг научно-технической экспертизы изобретении Ш1ИГПЭ о подаче патента на изобретение.

работы состоит в разработке методики и внедрении в г.ромаияенис-еть високоБффектквных технологических

с

процессов изготовления заготовок дисков трения. Методика включает определение размеров цилиндрический обечайки (заготовки), рабочих частей шташовой оснастки на каждом переходе.

Гбатамцм^ез^льтатов^або По резуль-

татам теорепгюсзшх исследований и экспериментальных работ разработан и внедрен технологический процесс горячей листовой-штамповки дисков тронкя прошшлотшх тракторов Т-330 я Т-500, выпускаемых в производственном объединении "Чебоксарский завод лромшлоннцх: тракторов". Новая малоотходная технология обрспе-чнла. резкое снижение (в 3 раза) расхода конструкционной стали 65Г. Годовой экономический эффект - 6 миллионов рублей.

Кроме того, проведена опытная апробация изготовления дисков трения тракторов ТДТ75, выпускаемых Онежским тракторным заводом. Результаты проверки показали стабильность разработанной новой малоотходной технологии и высокоэ качество заготовок дисков трония Ш75, изготовленной по этой технологии.

Апробация работы. Основные положения работы долог.епп и обсуждены на научных се». :яарах кафедры "Машины и автоматизация обработки давшшег:" ЖГУ зм.Н.Э.Баукана в 1990-199Зг.г. По материалам диссертационной работы бил сделан доклад на отраслевом научно-техническом самянзрэ "Прогрессивные ресурсосберегающие технологические процессы" (г.Ростов-на-Дону. 1990г.).

По материалам диссертации опубликовано 4 печатные работы, получено одно авторскоо свидетельство СССР с уведомлением НИИГПЭ об удовлетворении ходатайства о выдаче патента.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пята глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на ЦТ страницах г.кшнопясного текста, соцертат 63 рисунков, 16 таблиц, описок литературы из ¿02. наименований.

Содержание работы

§2_22®21ШШ обоснована актуальность работы, сфорцу'ЛЕровонп основные полоне нш выноеккие яа защиту.

В.порвоЯ главе нрочедея обзор научно-технической литературы по соврешанок5г сэстоянга изучаемого вопроса. 1илодн~н акадк? суда струящих сю собой иаготовлония дисков тровяя, а $дш':ч>» п колея, котсрнК позго-тал сделать вывод о целесообразности монопкя способа изгогоплелал плоских фхаяцю из т:>уун,.;у гтл'отсру". очиозреызннга осЗзш.юм-ргм.тачс за 2 лррвхозз т> гту^иап дисков троиич то»№элошгчх тракторов. Дашш? сяосро ¿.в.тги'гп рнуОо-ДОС лрчвмтлши, Т.К. рядом прэггдасстп. V!,; 'Л.-;с-.ги:1

коэффициент использования металла, большая степень возможного |;ор?локзкйпения, возможность использования оборудования с небольшим номинальным усилием.

Исследованием параметров процесса oetaiwa л процесса раздачи занималась учение Попов Б.Л., Аверкшв ¡O.A., Горбунов M.II., Кшов В.И., Фролов В.Н., Кондратенко В.Г., Сцхели Б.Н. н'др.

Также имеются работы, посвящошщо изучению совместного процесса обглма-раздачи.

3 работах Дегтярева Г.Ы., Розова Ю.Г. исследовался двухпэ-риходкн'.! процесс оЛчима-раздачи труби в условиях горячего деформирования.

При атом при аналиао "ехкологлче-сзшх параметров принято, что тег.'дорат.ра горячего деформирования одинакова вдоль oöpasy-клцаЛ трубной заготовки и постоянна во врэгля всего процесса.

В работе Евсюкоьа С.А. процесс обяшма-раздачи рассматривался в условиях холодной дз( ;рмацпи.

Конструкция дисков прошпиенннх тракторов и наличке сварного ввс на заготовке диктуют применение горячего деформирования да опэрашш обжима с раздавай. В то же время цилиндрическая заготовка тонкостенная, толщина от 3 до 5 ым при диаш-ро 250+500 ш, что составляет мэнео от диаметра. ; процессе деформация, в результате контакта с инструментом тонкостенная цилиндрическая заготовка в soEe контакта интенсивно охлаетается. D связи с чем температура, а следовательно и свойства материала обеча&ш в очаге дэ^оркацаи различна. Поэтому цри теоретических исследованиях и разработке методика проектирования технологических процессов штамповки дисков трешш, для получения более точных результатов нообходдш учитывать поромешость температуры в очато деформации.

Нич-цциайл сведем я литературные дашшэ cd использовании способа излучения фланцзв совмещением otfey.ya и раздачи и методика расчета аарамироз сроцесса отнесется к заготовкам кз других материалов к других относительных размеров, других условий дефор-

-ЖфОВ.'ЦТИ.

3 кош® главы сделада" выводы и сформулированы цела и задачи шмхксоааюй»

:ч-1 утсроч глава азлокеыа ix годика у эротических и эксперц-ьм-гелыкх исследогашьч двухпервходкого процесса горячей Егам-тоигоететод сварниг хцшшдрачасхих обечаек с учетом нэ-CT.vswuRpaocnj тожератур" з очаге доформазии.

Ол?-ан вывод, что пл.-i рэсения составленных в работе задач

наиболее приемлешм является метод совместного решения ди.|форен-гшачышх урапнсний. равновесия о условием пластичности Трс-ска-Сен-Вонана. Замкнутыо апалитичеетке решения задач а теория обработки металлов давлением при использовании этого метода позволяют подучить удобные для инженерных расчетов функциональные зависимости элементов напряженно-деформированного состояния, с учетом шшяндя оанозшис .Дикторов.

Проведена схематизация свойств материала в зоне очага деформации кольцевой цилиндрической обечайки с целью учета теплового решила.

Температура элементов заготовки в очаге деформации переменно. Причем, то участки заготовки, которые дальне контактируют о инструментом, имеют болоа низкую температуру и, следовательно, более высокое значение напряжения текучести. А более длительное время находятся в контакта с инструментом в операциях обгагаа и. раздачи те участки заготовка, которые получили большую де^ортци*).

Исходя из «того, значение напряжения текучести определено кап функция положения элемента в пространстве, которое, п свою очередь, зависит от степени деформации.

Неравномерность свойств материала обусловлен« неравномерностью температуря элементов заготовки в процессе штамповки. Таким образом, задача определения характеристик материала заготовки сводится к задаче о распределении температуры в очаге деформации.. В этой связи провэдеп анализ теплового баланса в очаге деформации.

Как показывают расчеты для различных значений характеристик материала и технологических параметров работа пластической ueiop-мации может привести к изменению температуры заготовки в зоне деформации на 1,5 * 2°С, работа против внешних см трения - на 4 ь 7°С, а теплоотдача в штат на 45+95°С.

Отсюда можно сделать вывод, что осаовное влияние на из;vtпение температуры элемента оказывает теплоотдача в штага за очог теплопроводности.

Выражение для количества теплоты потерянного и результате контакта о инструментом для участка обжима имеет вид:

где: Ск' - коэ^фпионт "ешгоотдачи;

Tsa: Дыи- температура заготоохя и стенда ьт'.г-' »см; dFi - таоиодь контакта элемента xtvor-^.st ел

- время деформации;

6е. - тангенциальная деформация рассматриваемого элемента;

- коэффициент облика.

Как видно из формулы (I) количество теплоты, а следовательно II нзшнение температуры заготовки цряш пропорционально тангенциальной деформации рассматриваемого элемента. Исходя из этого, получен закон распределения напряжения текучести в зонах обушка и раздача в виде:

где: б5 - значение напряжения текучести цилиндрической части;

Д - коэффициент пропорциональности.

В конце главы сделаны выводы.

В третьей .главе выполнен теоретический анализ напряженно-деформированного состояние кольцевой цилиндрической обечайки в двухпереходном процгссе горячего деформирования с совмещением обжима и раздачи с учетом переменности температуры в очаге деформация.

Анализ совмещешого процесса обжима-раздачи (рис.1) предусматривает определение соотношения размеров очагов пластической деформации баз ограничения атих процессов. Критерием для определения границы раздела принято равенство меридиональных напряжений, действующих на границе зон обжима и раздачи. Напряжения в каждой из зон определены из решения уравнения равновесия с условием пластичности с учетом формулы (2).

о;-6Ш^ьк(^т^-Ы^) о)

где: ц - коэффициент трения; - угол конусности;

Ра - исходный радиус цилиндрической обечайки;

напряжение теку эсти цшпндрического участка заготовки;

5 текущей радиус.

Из рльэнства фор кул (3) и (4) получена формула связи коэффициента обжима (Ко) и коэффициента раздачи (Кр):

Рис, I. С хота совмещенного процесса деформирования щшщдрической кольцевой обечайки

i

Формула (5) позволяет определять значение коэффициента раздачи по заданному коэффициенту обкшяа при совмещенном процессе обжима н раздачи цилиндрической заготовки с учетом переменности т«:д:пр;.1тури заготовки в о чего дейорглцтгк. Расчет па этой фор-тудз позволили сделать вывод о том, что с увеличением степени л«4*>ртц11а раохокдакие между Ко и Кр увеличивается, Кр преобла-цэдхяая К11- С увелг-гчсниел интенсивности охлаждения материала заготовка в очаго деформации характеризуемой отношением ^г , расгозденпо кеиду Ко и Кр увеличивается в сторону увеличения Кр.

Аналогично получены формулы для определения меридионального напряжения в зоне обдима и зоне раздачи для второго перехода итамловки:

ЬКр^-АЬКрЛп (7)

А также получена ¡формула пая определения, соотношения коэф-ф-едшнта обкп.'/й (Ко2) и коэффициента раздачи (Кр,,) на втором переходе: ^ ^ /4

(л = ~К7г Ко, (8)

'¿ная напряквннле состояние заготовки, шхно определить как изменяется длин: ое образующей в процесса обжима и раздачи, для чего использованы уравнения связи между напряжениями и де$срма-'■анми и условие постоянства олвш.

Длина образующей диска на участке обяиыа и участке раздачи определяется по формулам (9) и (10) соответственно:

"1Т = % О - ^ ЬКрг) -¿7 . (Ю)

Сутамгфкос измснешт дташ образужадеЯ р процессе деформации определяется как алгебраическая суши изжнояш: длин ь сэответот-Biwc.cc зона;:. Суммарное кз.\вавнпо длину образувщой за 2 перехода жактюска равно алг&ЗракческоЗ су:№ кзмеяенил на обоих перехода:;.

В конце главы с/г'-пшш выводы.

В_чвтв?ртс.'£ глчве приводятся результаты экспериментальных но-г+юпотг-!'!, дай а начла и их сразненяе с результатами теоретических гсгле.по&нг.Ш. 5ксдор-.:мецта.г&к1го результаты шкгзали хоропу»

сходимость о раочзтншаи данными, подтвердили правильность ьраия-тнх при теоретических исследованиях расчетных схем к доауаоггап.

В связи с тем, что сталь 65Г по хвштесковдг составу " т.чпг относится к весьма труэкосвграваашм я э сварных конструкциях практически кэ ирлушяется, <5;ш1 проведоны эксаеригдцталькиа работы по выбору типа сварного соединения. Сварное соодикенг.о требуется для получения цходидшчэскоА обечайки, т.к. труби кэ СгбБГ но выпускаются. По результатам испи-таниЛ вг'рано сварное соединенно по типу С7 ГОСТ 14771-80,

В целях опроделсиих макопкалыгой степени деформации щ'твд-рических обечаек проведены эксперимзнтальные работы на испыта-чельно^ манкив и Iris tro п з* целях максимального приблнконяя результатов акслергншгга к реальпим условия?.? рабочая зона пегы-■гагодьной манпиш " InsífOfl " бита модернизирована. Изготоглени и зкяитаян натурные образцы.

Критическая степень деформации, при которой происходит разрушение кэталжа сварного соеддне пая практически одинаковая irpu всех температурах ислитакяй з лсследузком диапазона и заиюмт от скорости дефорлацпп я составляет: 22,5^ при скорости деформирования - £00 iw/се.ч, ЗОЙ - при скорости - 48 кд/сек.

В рзссглатсизаеш;.! гэхнояогячэском процессе величина форгшз-мэяшия ограничивается или потерей устойчивости с образованием склгдох в зоне сварного пва, кя разрывом кромки в гоне раздачи.

В результате экспериментов тлучэнн данные по определению соотношения кооффяшгаята ойшка я коэффициента раздачи, изменения толшгак заготовки, пзгенония длены образующей. Экспериментальные и теоретические значения различается на 2-f3>.

В гонце глав« сделано* еывсды.

3 яягоЗ главе разработана методика проектирования техяэлога-:оо?.ого процесса горячей листовой итамповки дисков трения протай-леннис тракторов к шяшяэтальнах разгаров етэстозой. оснастки с у-:отом изменения гозлзература в зсю деформации. Столика зхляча-о? последовавелькость технологических операций, определенно зс-поЕЗЯтельних разноров рабочих частой зтатаов, определение размзров исходной заготовки, выбор оборудовался.

При изготовления заготовок дисков трзетя па первой операции, всиучгст керныэ аолоск (дли полосы арезанные из ласта), выполняет операнда габгаг. обэчайи, сваргагш? стык. Даяео цилиндрическая обгсайка нагревается до ?"üí-950°C и яреоСразоэывается на .ттямяз в хоняческой полуфабрикат. Лосяо вторичного нагрева хзтачзски^. по-

луфабриках- осаживавтся в отоскоа кольцо.

Рассмотрены результаты внедрения новой маяооотходной технологии изготовления дисков треная промышленных тракторов в производственном объединения "Чебоксарский завод промышленных тракторов" обеспечивающей швышние коэффициента использования материала в 3 раза. Экономический эффект составил 6 миллионов рублей.

Разработанная методика проектирования технологических процессов изготовления дисков .трения была использована при разработке технологических процессов изготовления дисков сцепления к тормозных дисков новых шдифпеацнй промышленных тракторов Т25.01, Т35.02.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Проведенный анализ существующих в настоящее время способов изготовления заготовок дисков трения показал, что наиболее целесообразным является способ, основанный на деформировании за 2 перехода цилиндрической трубной заготовки с использованием совмещения операций обжима и раздачи.

2. Разработанная методика учета переменности температуры в очаги деформация позволяет изучить особенности напряжакно-дефор-мированиого состояния цилиндрической трубной заготовки в двухпе-реходном процессе горячего деформирования с совмещением обззша и раздачи и получить аналитические зависимости в виде сравнительно простых фор?,^ул, учитывающих влияние основных факторов, присущих реальным условиям деформирования.

3. Теоретические и экспэришнталыше исследования показали, что отношение зоны обжима к зоне раздачи, при проведении совмещенного процесса без ограничения, уменьшается с увеличением суммарного коэффициента формоизменения,

4. Изменение длины образующей цилиндрической обечайки б исследуемом диапазоне изменения толщины стенки (4/Ц, = 0,005*0/115) практически не зависит от относительной толщины заготовки, а определяется величиной конечного формоизменения.

5. Сопоставление теоретических зависимостей к шсспернмон-талымх даюих по определению соотношения зон обгима )г раздачи,

л ло кзмоненнв дташ; образующей заготевкк на первом и втором переходах игашовка, показали кх с;;одиуссть в пределах 3>.5%.

6. Для обеспочтиш вь-сокоД стабилно^ти и качества огариого сскжяк.т'л т одврацйях горячей шташовка црк изготог-тг'.-ли свар-\г.и заготовок дисков тракта из стата 6БГ целесообразно иопольоо-

ватъ сварное соединение С7 по ГОСТ 14771-80. При этом степень деформации сварного .шва в зоно раздачи ко должна превышать 22%.

7. Разработанный на основе теоретических и экспериментальных исследований технологический процесс горячей листовой штамповки заготовок дисков транш щкиядштепша тракторов внедрен в производственном объединении "Чебоксарский завод промышленных . тракторов" в результате чего коэффициент использования металла повысился более, чаи в 3 раза, что позволяот экономить до 750 т металла в год. Экономический эффект от внедрения новой малоотходной технологии составил 6 ¡яшионов рублей в год.

Основные положения диссертации отражена в следухэдюс работах:

1. Суворов А.П., Лисов B.C., Евсвков С.А,. Изготовление дисков сцепления по малоотходной технология //Прогрессивные ресурсосберегающие технологические процессы: Тез.докл. отраслевого научно-технического семинара - Ростов-на-Доку, 1990.-С. 32-3-1.

2. Малоотходная технология- изготовления фрикционных дисков /А.П.Суворов, С.А.Евсэксв, В.П.Ярыгкн z др.// Тракторы и сельскохозяйственные машины.-1991.-Я9.-С.48-50.

3. Ль-сов B.C., .Суворов А.П., Евсиков С.А. Изготовлшша птач-посварпих заготовок дисков трзвля //Сварочное производство.. IS92 -J2J.-C.-26-28

Н