автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.05, диссертация на тему:Разработка методов обеспечения долговечности силовых деталей кузнечно-прессовых машин и инструмента

На правах рукописи

КОРНИЛОВА АННА ВЛАДИМИРОВНА

Разработка методов обеспечения долговечности силовых деталей кузнечно-прессовых машин и инструмента

Специальность 05.03.05 — Технологии и машины обработки давлением

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических на]

Москва ГОУ ВПО МГТУ «Станкин» 2009

003464503

Работа выполнена в ГОУ ВПО МГТУ «Станкин» и ЗАО «Прочность»

Официальные оппоненты: доктор технических наук, доцент

Власов Андрей Викторович

доктор технических наук, профессор Щеглов Борис Александрович

доктор технических наук, профессор Кривонос Георгий Александрович

Ведущее предприятие: ООО «ОМЗ - Спецстачь» (г. Санкт-Петербург)

Защита состоится «_» фТЬ^З/) ^ 2009 г. в часов

на заседании диссертационного Совета Д 212.142.01 при ГОУ ВПО Московский государственный технологический университет «Станкин»

Адрес: 127994, Москва, ГСП-4, Вадковский переулок, д. ЗА

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО МГТУ «Станкин»

Автореферат разослан «_» С^Ш/^И/^^2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного Совета ^ /1

кандидат технических наук ВолосоваМ.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Пункт 5 «Основ политики РФ в области развития науки и технологий на период до 2010 г. и на дальнейшую перспективу» делает упор на освоение ресурсосберегающих технологий и улучшение потребительских свойств изделий, то есть касается непосредственно процессов обработки металлов давлением. Технологические процессы обработки металлов давлением, обеспечивающие снижение расхода металла и повышение прочностных свойств изготавливаемых изделий широко применяются в современном машиностроении.

Срок морального износа кузнечно-прессового оборудования достаточно длителен. Следовательно, необходимо гарантировать надежное функционирование таких машин весь период их эксплуатации. В настоящее время на большинстве российских предприятий используется оборудование, выработавшее часть (а иногда и весь) проектный ресурс. Внедрение новых прогрессивных технологий на таком оборудовании требует точного прогнозирования остаточного ресурса с учетом всех имеющихся дефектов (технологических и появившихся в процессе эксплуатации). Силовые детали кузнечно-прессового оборудования и штамповый инструмент подвергаются высоким циклическим нагрузкам, а специфика этого вида оборудования такова, что не выявленный дефект при интенсификации процесса нагружения машины, может привести к аварийной ситуации (вплоть до смертельных случаев).

Для вновь проектируемых прессов повышение точности штамповки достигается увеличением жесткости машины, которая в свою очередь обеспечивается повышением материалоемкости и завышенными запасами прочности, что нерационально. Альтернативой этому методу может являться рациональное распределение металла по сечению машины, что позеолит без увеличения металлоемкости достигать поставленной цели.

В результате анализа современного состояния конструкций и практики эксплуатации силовых деталей кузнечно-прессовых машин и инструмента выявлено следующее:

- в настоящее время не существует методики определения долговечности силовых деталей кузнечно-прессовых машин, которая позволила бы рекомендовать действенные меры по ее повышению. Практически нигде не рассматривается вопрос допустимого дефекта и определения остаточного ресурса;

- отсутствие методики оценки долговечности инструмента ограничивает возможности создания рациональных конструкций и режимов эксплуатации, обеспечивающих надежное выполнение заданной программы.

В настоящее время бурно развиваются численные методы определения напряжений и деформаций, методы механики разрушений, специальные разделы математики (риск-анализ, методы принятия решений в условиях неопределенности и многокритериальное™ и т.д.). Возникла и успешно развивается 7рибофатмка - наука о сочетании и взаимном влиянии процессов поверхностного повреждения и объемного разрушения, характерного для штампового инструмента. Однако, новые перспективные подходы не находят практически™ '

применения при расчетах прочности, долговечности и допустимой дефектности деталей кузнечно-прессовых машин и инструмента. Соответственно не подвергаются пересмотру и коэффициенты запаса. Следовательно, разработка методов обеспечения долговечности силовых деталей кузнечно-прессовых машин и инструмента на базе современных подходов к этой проблеме является актуальной задачей.

Цель работы.

Целью работы является обеспечение требуемой долговечности силовых деталей кузнечно-прессовых машин и инструмента путем создания научно-обоснованных технических решений по проектированию и эксплуатации, основанных на применении современных методов определения напряжений и деформаций, постулатах механики разрушения и трибофатики, риск-анализе и современных методах оптимизации.

Для достижения указанной цели требуется решить следующие задачи:

разработать рекомендации по повышению долговечности рабочих деталей инструмента для холодной листовой штамповки, путем математического моделирования комплекса разрушающих процессов, происходящих в его рабочих деталях и подтвердить эффективность предложенных рекомендаций натурным экспериментом;

- разработать комплекс экспериментов, определяющих возможность рационального применения материалов для рабочих деталей разделительного инструмента, на примере экспериментальных исследований стандартных и специальных механических характеристик штамповой стали Х12МФ (ГОСТ 59502000), рекомендуемой как перспективная, но для которой эти характеристики не определены,

- предложить критерии выбора рациональных параметров сечений станин открытого типа, в том числе кривошипных прессов, учитывающие противоречивость требований повышения долговечности и снижения металлоемкости при сохранении (повышении) заданного уровня жесткости с целью минимизации износа.и усталостной деградации инструмента и подтвердить адекватность математического моделирования натурным экспериментом;

- разработать методику определения долговечности силовых деталей с технологическими и эксплуатационными дефектами и их остаточного ресурса, путем создания базы математических моделей дефектов, и предложить рекомендации по сочетанию видов неразрушающего контроля с целью повышения надежности выявления дефектности;

- разработать базисные компоненты системы автоматизированного проектирования станин открытого типа, где на стадии проектирования детали в автоматизированном режиме будет составляться карта допустимых технологических дефектов, что позволит существенно сократить время не только на проектирование самой детали, но и на формирование параметров отбраковки;

- разработать математическую модель разрушения штоков штамповочных молотов на базе линейной механики разрушения и предложить рекомендации по повышению их долговечности.

Научная нопизна работы.

Впервые разработана методика учета взаимовлияния различных механизмов разрушения при износе и усталости рабочих деталей инструмента длч разделительных операций холодной листовой штамповки, позволяющая повысить надежность определения их ресурса. Показано, что скорость формирования усталостного дефекта до 1,5 раз выше скорости износа.

Разработан комплекс экспериментов, определяющих возможность рационального применения материалов и термо- и поверхностных обработок для рабочих деталей разделительного инструмента, включающий определение стандартных механических характеристик, усталостных характеристик (предела выносливости при отнулевых циклах нагружения, параметров наклона ветви многоцикловой усталости), характеристик трещиностойкости (порогового и критического коэффициентов интенсивности напряжений, параметров участка ГЬриса кинетической диаграммы усталостного разрушения), ударной вязкости, испытаний по критериям трибофатики, учитывающих взаимовлияние износа и усталости.

Предложены критерии выбора рациональных параметров сечений станнн открытого типа, позволившие разработать новую методику выбора рациональных геометрических характеристик сечений станин открытого типа (отношения высоты сечения к вылету станины, соотношения площадей передней н задней полок сечения), обеспечивающих минимизацию износа и усталостной повреждаемости инструмента за счет снижения (до 1,5 раз) изгибных деформаций стоек станин без повышения металлоемкости. Корректность полученных зависимостей подтверждена расчетами численными методами и натурными экспериментальными исследованиями.

Впервые предложен системный подход к созданию базы математических моделей дефектов литых деталей кузнечно-прессового оборудования, где каждому дефекту (группе дефектов), регламентируемому ГОСТ 19200 - 80 «Отливки из чугуна и стали. Термины и определения» соответствует своя математическая модель, позволяющая повышать надежность построения карт допустимых дефектов и прогнозирования долговечности детали.

Впервые разработана методика построения карты допустимых дефектов, включенная в систему автоматизированного проектирования станин открытого типа, которая накладывается на карту обнаруженных дефектов и позволяет производить отбраковку силовых деталей на стадии изготовления.

Впервые предложены критерии выбора сочетания материал (характеризуемый отношением вязкости разрушения в условиях плоского деформированного состояния к условному пределу текучести) - диаметр штока, позволяющих существенно увеличить стойкость штоков. Эффективность предложенных критериев подтверждена эксплуатацией спроектированных штоков на молотах с МПЧ 800 кг, показавших стойкость в 10-30 раз выше, чем ранее эксплуатирующиеся.

Практическая ценность.

Проведено комплексное исследование ранее не определенных стандартных и специальных механических характеристик стали Х12МФ, рекомендуе-

мой ГОСТ 5950-2000 для изготовления рабочих деталей разделительного инструмента.

Разработаны новые конструкции станин прессов открытого типа (станина с сечением комбинированной формы, станина с двумя штамповыми зонами), защищенные патентами и позволяющие обеспечить максимально достижимую долговечность инструмента при минимально возможной металлоемкости станины за счет уменьшения нзгибных деформаций стоек станины.

Разработана методика определения долговечности вновь проектируемых силовых деталей, деталей с дефектами и остаточного ресурса существующих конструкций, учитывающей реальные условия их эксплуатации.

Разработаны рекомендации по комбинированию видов неразрушающего контроля, позволяющие существенно повышать вероятность обнаружения дефектности (до 89 %) при минимизации рисков предприятия.

Предложены способы повышения долговечности инструмента, установленного на существующие прессы, заключающиеся в рациональном расположении инструмента в штамповой зоне, выборе истории нагруженпя, минимизирующей усталостную деградацию материала его рабочих частей, торможение усталостного дефекта путем однократной перегрузки.

Разработана технология изготовления штоков молотов повышенной долговечности, включающей в себя обязательный анализ исходной заготовки и режимы ее предварительной термической обработки, требуемые режимы закалки, режимы шлифования и упрочнения, а так же расчет ожидаемой долговечности с учетом величины неизбежного остаточного прогиба после термообработки.

Реализация результатов работы:

1. Для молотов с М1ТЧ 800 кг ОАО «Труд» (Нижегородская область, п. Вача) спроектировано и изготовлено 30 штоков. Штоки были спроектированы с учетом рекомендаций данной работы, термо- и поверхностно обработаны по предлагаемой технологии. Срок их службы увеличился в 10-30 раз по сравнению с используемыми ранее.

2. Для проектируемой в ЗАО «Прочность» станины уникального многопозиционного пресса-автомата, предназначенного для брикетирования мелкодисперсных отходов доломита, но предлагаемой методике была определена карта допустимых дефектов.

3. Для главного цилиндра пресса силой 31,5 МН («Сентравис Продакшн Юк-рейн», Украина, Днепропетровская обл., г. Никополь) после проведения капитального ремонта был определен остаточный ресурс с рекомендациями по срокам обследований.

4. Для станин реверсивного прокатного стана 5000 ОАО «Северсталь» построены карты допустимых дефектов при приложении нагрузки 9000 тонн и определен запас прочности по пороговому значению коэффициента интенсивности напряжений. Полученные результаты позволили внедрить на стане новые прогрессивные технологии без изменения конструкции станин.

5. Для станин реверсивного прокатного стана 2800 ОАО «Северсталь» проведен расчет долговечности при выборе радиуса закругления в концентраторе и предложены малозатратные меры по увеличению долговечности, таким обра-

зом, чтобы на существующем стане стало возможно внедрить новые технологии, требующие увеличения технологической нагрузки в 1,5 раза выше номинальной без реконструкции станин.

6. Для станин непрерывного прокатного стана 2000 ОАО «Северсталь» составлены карты допускаемой эксплуатационной дефектности и обнаруженных дефектов, Полученные результаты показали, что на этом стане недопустимо проводить без реконструкции стана ранее планируемую прокатку сталей категории прочности Х70-Х100.

7. Для учебного процесса разработан курс «Методы обеспечения надежности технологических комплексов для обработки металлов давлением», читаемый автором с 2004 года в ГОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН» для студентов, обучающихся по специальности 05.03.05 - «Технологии и машины обработки давлением». Курс обеспечен учебным пособием, рекомендованным Учебно-методическим объединением по образованию в области автоматизированного машиностроения в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по направлению «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств» и специальностям: «Технология машиностроения», «Металлорежущие станки и инструменты», «Машины и технология обработки металлов давлением» и методическим пособием для выполнения лабораторных работ.

8. Методические указания по расчетно-зкспериментальному определению долговечности и остаточного ресурса внедрены в практику экспертных организаций Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Критерии и методика проектирования рациональных сечений станин открытого типа, позволяющие минимизировать износ и усталостную деградацию инструмента.

2. Новые конструкции станин прессов открытого типа, обеспечивающие максимально достижимую долговечность инструмента, при минимально возможной металлоемкости станины за счет уменьшения изгибных деформаций стоек станины.

3. Методика определения долговечности вновь проектируемых станин, деталей с дефектами и остаточного ресурса существующих конструкций, учитывающая реальные условия их эксплуатации.

4. Рекомендации по комбинированию видов неразрушающего контроля, позволяющие существенно повышать вероятность обнаружения дефектности при минимизации рисков предприятия.

5. Способы повышения долговечности инструмента, установленного на существующие прессы.

6. Методика выбора сочетания «материал-диаметр» штоков молотов, обеспечивающая существенное (в десятки раз) увеличение их долговечности.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, подтверждена результатами натурных экспериментальных исследований и практикой эксплуатации.

Публикации. Основное содержание диссертации изложено в учебном и методическом пособиях, 41 статье и 4 патентах.

Апробация диссертации. Основные положения работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях, симпозиумах и семинарах:

- на Международной научно-технической конференции «Новые методы и средства исследования процессов и машин обработки давлением» (Краматорск, 2005);

- на Colloguium "Mechanical fatigue of metals" ( Гернополь, 2006);

- на XV Симпозиуме РАН "Динамика виброударных (сильно нелинейных) систем (Звенигород, 2006);

- на Всероссийской научно-технической конференции «Прогрессивные технологические процессы, новые материалы и оборудование обработки материалов давлением» (Рыбинск, 2006);

- на Международной научно-технической конференции «Современные методы моделирования процессов обработки материалов давлением» (Краматорск, 2006);

- на конференции «Неделя металлов в Москве» (2006);

- на Международной конференции по теории механизмов и машин (Краснодар, 2006);

- на конференции «Основные направления повышения качества экспертизы промышленной безопасности металлургических объектов» (Москва, 2006);

на Международной научно-технической конференции «Физико-механические проблемы формирования структуры и свойств материалов методами обработки давлением» (Краматорск, 2007),

- на научном семинаре кафедры «Прикладная механика» под руководством профессора В.А. Светлицкого (МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008):

- на регулярно проводящихся семинарах НО «Ассоциация металлургических экспертных центров» и ЗАО «ПРОЧНОСТЬ».

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав и общих выводов. Диссертация содержит 350 страниц, включая 159 рисунков, 35 таблиц, список литературы из 221 наименования и приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы, сформулированы цели и задачи диссертации, научная новизна, практическая ценность и основные положения, выносимые на защиту.

В главе 1 «Обзор гипотез накопления повреждаемости в условиях многоцикловой усталости» систематизированы все известные гипотезы накопления повреждаемости. Нормативные и руководящие документы по определению прочностных характеристик деталей кузнечно-прессового оборудования указывают на то, что оценку долговечности таких деталей следует производить по одной (линейной) гипотезе накопления усталостных повреждений или же она не проводится вообще. В настоящее время развиты и нашли практическое применение и другие гипотезы, учитывающие различные аспекты этой проблемы. Все существующие гипотезы накопления усталостных повреждений можно разбить на несколько групп в зависимости от того фактора, который автор гипотезы счел наиболее значимым. Наиболее известная группа — гипотезы линейного накопления повреждений. Первая гипотеза этой группы была предложена Пальмгреном в 1924 г. и усовершенствована Майнером. Позднее с накоплением статистических и экспериментальных данных в нее были внесены уточнения (Когаевым В.И.), и до сих пор она остается наиболее применяемой для определения числа циклов до разрушения деталей, подвергающихся спектру нагруже-ния. Особый интерес из гипотез этой группы представляет билинейное правило накопления повреждений Мэнсона. Оно основано на предположении Гровера о том, что весь процесс усталости можно разделить на 2 фазы - зарождение трещины и ее рост, и хорошо согласуется с постулатами механики разрушения. Другая группа гипотез - гипотезы, основанные на предположении о превалирующем влиянии на повреждаемость снижения предела выносливости материала. Это гипотезы - Генри, Гатса, Броуна - Уорка, Серенсена C.B., Шашина M Я, Почтенного Е.К. и др. Гипотезы Кортена - Долана, Марко - Старки и Марина основаны на предположении о том, что на повреждаемость наибольшее влияние оказывает вид кривых повреждаемости (зависимостей повреждаемости от относительного числа циклов). Особые места занимают гипотеза Сосновско-го Л.А., базирующаяся на предположении о том, что законы накопления усталостной повреждаемости различны для циклически упрочняющихся, разупроч-¡¡ягощихся и циклически стабильных материалов, и гипотеза спектрального суммирования Райхера B.JI.

Показано, что методика оценки усталостной долговечности по различным гипотезам, применяемая на стадии проектирования, позволит снизить риск ошибки в определении реальной долговечности штампового инструмента и оборудования. Для производственных условий - это задача весьма актуальна, т.к. определяет количество штампов-дублеров, необходимых для выполнения заданной программы.

В главе 2 «Долговечность разделительного инструмента для холод-нон листовой штамповки» приведена систематизация предельных состояний инструмента для холодной листовой штамповки (рис. 1).

Детали (заготовки), изготавливаемые на разделительном инструменте, установленном на универсальное оборудование

[ :---------!--

Щетали с жесткими допусками \ на размеры и качество среза I (ответственные детали)

Износ

I В результате фрикционной усталости, когда напряжения в зоне контакта не I превышают предел I текучести материал \ рабочих деталей штампа

В результате адгезионного нарушения фрикционной

В результате дискретностного взаимодействия

___^ абразивной частицы

с неповрежденным материалом I рабочих частей штампа

р*

Я

= Й *

3 "-1 С

иг °

_ § а г

I I 1 §

I 8 £ §

; е- * я

5 ?

_ \ 33 о с

V 1С в

2 « н

с, и

"Л § те 2

1 Ьч. С 03

| & § ё

Неответственные детали I.

Малоцикловая усталость, сопровождаемая адгезионно-усталостным г.зносом при формировании неустойчивого нароста, в том числе при наличии реверсного контакта (скорость деформирования до 15 м/мип)

| Малоцикловая усталость,

: сопровождаемся адгезионным ; износом при формировании ! устойчивых участксь ! наростообразоьання | (скорость деформирования | до 40 м/'мин)

! Малоцикловая усталость,

I сопровождаемая адгезионно-

| диффузионным износом при

I переходе резания в процессе

| наростообразования к

[ пластическому контакту

| со стружкой

I (скорость деформирования ^ до 80 м/'мин)

Многоцикловая усталость, сопровождаемая абразивным извосом

Э Н 3 а

гГ,

Я С

и ю

Рис. 1. Виды предельных состояний и их сочетаний для разделительного инструмента .холодной листовой штамповки

Ан&чиз литературных данных показал, что единственным предельным состоянием рабочих деталей штампов для холодной листовой штамповки до сих пор считался износ, и повышать их долговечность рекомендуется именно за счет повышения изностойкости. Однако, расчеты и экспериментальные исследования автора выявили, что такой инструмент работает в условиях сочетания двух разрушающих процессов - износа и усталости. Виды отказов матриц показаны на рис.2.

Доказано, что оценка долговечности инструмента должна выполняться на базе комплексных показателей но критериям износоусталостных повреждений. Показано, что на различных этапах эксплуатации штампа (от первой отштампованной детати до его выхода из строя) износ и усталостная деградация материала штампа могут, как ускорять, так и существенно замедлять действие друг друга. При назначении мер повышения долговечности инструмента необходимо учитывать взаимное влияния этих процессов. Часто меры, призванные устранить (уменьшить) отрицательное влияние износа, ускоряют усталостную деградацию, например, хромирование или применение многослойных покрытий. В зависимости от уровня напряжений возможна парадоксальная ситуация, когда с увеличением затрат на поверхностную обработку инструмент выходит из строя за такое же (или меньшее) число циклов нагружения, но по другому предельному состоянию. Показано, что применительно к штампам для холодной листовой штамповки нельзя рекомендовать меры (новые материалы, новые виды термо — и поверхностной обработки и т.п.) по повышению долговечности без проведения прямых износоусталостных испытаний с дальнейшей оценкой результатов по критериям трибофатикк. При этом для получения достоверного результата, выборка должна быть репрезентативной.

Литературные данные однозначно указывают на превалирующее влияние на долговечность инструмента жесткости применяемого оборудования. Этому вопросу посвятили свой работы E.H. Ланской, С.К. Касымкулов, А.П. Качанов. В.П. Кокоулин и др., из зарубежных Г. Оливо.

Однако, ни одна из рекомендуемых в литературе методик, как расчетных, так и экспериментально моделирующих процесс нагружения инструмента, не учитывает этот фактор. Автором был проведен математический эксперимент по определению напряженно-деформированного состояния инструмента с оборудованием. Был выбран открытый кривошипный пресс силой 1 МН (модель КЕ2130А). Для выявления максимальных напряжений в вырубной матрице был применен метод конечных элементов (MSC/N4W). Симметричность конструкции позволила проводить расчет лишь ее половины. На рис. 3 показана модель станины пресса с основными размерами. Материал станины СЧ25 (ГОСТ 141285). Базовое сечение этой станины спроектировано по типу двухстоечного, а

а) б) в)

Рис. 2. Виды отказов матриц: а - износ матрицы-пуансона по вырубному контуру (1) и по контуру для пробивки отверстия (2) б - сквозная трещина в матрице, результатом которой явилось полное разрушение, в — угловая трещина, которая привела к частичному разрушению

сечения, расположенные в верхней части станины, выполнены коробчатыми. Были рассмотрены две конечно-элементных модели, включающие в себя станину пресса, кривошипный вал, подштамповую плиту и инструмент с расположением длинной стороны матрицы перпендикулярно и параллельно фронту пресса. Кроме того, была создана конечно-элементная модель вырубной матрицы с жесткой заделкой опорной поверхности (для расчета без учета упругих деформаций станины пресса по стандартной методике). На рис. 4 показана схема приложения сил к матрице {а, б). К разделительной кромке матрицы прикладывали распределенные силы, соответствующие максимальным технологической и поперечной {да)т распределенные силы трения (торцевую (¡?тм) и боковую (<уды)), а так же распределенную силу от затяжки винтов (<?3). К узлам кривошипного вала, расположенным в месте контакта с шатуном, прикладывалась сила, равная максимальной технологической и противонаправленная ей. Так же прикладывалась соответствующая распределенная сила к станине в месте крепления направляющих ползуна.

Рис. 3. Модель станины с основными размерами (а) и конечно-элементная модель станины с главным валом (б)

Расчет без учета деформаций оборудования (т.е. модели, где станина принималась абсолютно жесткой) дает заниженные значения напряжений (в данном расчете от 2,3 раз по сравнению с моделью, где длинная сторона матрицы расположена параллельно фронту пресса, до 4,1 по сравнению с моделью, где длинная сторона матрицы, перпендикулярна фронту пресса).

Проведенные расчеты напряженно-деформированного состояния инструмента с учетом упругих свойств оборудования выявили, что на долговечность инструмента при прочих равных условиях оказывает влияние расположение его осей в штамповом пространстве пресса. Для изделий, у которых соотношение

длин осей больше чем 1,5, можно снижать напряжения у режущих кромок в несколько раз исключительно с помощью рационального размещения инструмента в штамповом пространстве пресса (предпочтительно длинную ось располагать перпендикулярно фронту пресса). Метод абсолютно беззатратен и не требует никаких изменений в существующих конструкциях оборудования и штам-повой оснастки.

Рис. 4. Схема сил, действующих на пуансон и матрицу на стадии пластического среза 1-пуансон, 2—матрицы, 3—заготовка: Рта. Р^- торцевые силы (технологические); Р^, Р„„-продольные силы, Тг„, Гтп - торцевые силы трения, Т§а — боковые сшы трения (вторые индексы «м* и «п» относятся к матриие и пуансону соответственно) (а), схема приложения сил к конечно-элементной модели матрицы (б)

Для симметричных изделий предложен способ (и устройство его реализующее) снижения напряжений в инструменте путем смещения центра давления штампа от оси симметрии ползуна. При смещении вглубь станины напряжения в колонках падают, при смещении к фронту пресса - возрастают. На рис, 5 приведены графики напряжений в колонках штампа от оси симметрии ползуна на экспериментальном штампе, установленном на пресс КД 2124.

На базе методики определения напряженно-деформированного состояния инструмента с учетом упругих свойств оборудования автором предлагается многокритериальный (по различным гипотезам) подход к опенке долговечности инструмента для холодной листовой штамповки, который позволяет учесть все аспекты накопления усталостной повреждаемости в рабочих деталях штампа. Такой подход позволяет выявлять оптимальную историю нагружения штампа, позволяющую минимизировать усталостную деградацию. Предложена методика определения необходимого количества штампов-дублеров, которая связывает разброс расчетных значений долговечности с экономическими категориями математическими методами принятия решения в условиях неопределенности и многокритериальности. Разработана расчетная методика определения долговечности инструмента с учетом взаимодействия двух разрушающих процессов - многоцикловой усталости и абразивного износа (наиболее частого сочетания разрушающих процессов в рабочих частях штампов). Показано, что для разделительного инструмента при выполнении технологической операции на

'з

б)

наиболее распространенном виде ооорудования прессе справедливо:

открытом кривошипном

Л" =/(<т0д, /. X, 1\, 30, 3, Зшт),

(1)

где N - число циклов нагруження инструмента до разрушения при совместном действии износа и усталости, од д - предел выносливости инструмента при коэффициенте асимметрии цикла Я=0, I - параметры изностойкости материала инструмента, X - характер изменения рабочей нагрузки во время выполнения технологической операции, Рт- максимальная сила технологической операции, Зц - факторы, определяемые конструктивными особенностями оборудования. о - зазор в направляющих ползуна, сУшт- факторы, зависящие от конструктивных особенностей и способа крепления инструмента.

Число циклов формирования усталостного дефекта:

N

/н

V -V "у ' и

(2)

где /„ - длина трещины, соответствующая I, - пороговому значению интенсивности напряжений (м); Уу, ("„ - средние скорости

формирования усталостного дефекта и уменьшения размера инструмента в направлении формирования дефекта за счет абразивного износа См/цикл).

Показано, что число циклов торможения формирования дефекта за счет абразивного износа может достигать 10" циклов нагружения. На этапе роста трешины износ ускоряет процесс усталости, поэтому трещины в рабочих частях инструмента для холодной листовой штамповки являются трещинами быстрого долома.

На основе вышеизложенного автором предлагается методика проектирования инструмента ограниченной программой заказа долговечности. В современных условиях, когда большинство предприятий рзботает на заказ, при небольшой программе заказа не требуется безграничная долговечность инструмента. Моральный и физический износ такого инструмента наступают практически одновременно. Линейный участок кинетической диаграммы усталостного разрушения (участок Пэриса), соответствующий рост}' трещины, для стали

;—1—|

-25 -20 -15 -10 -5 0 1-5 +10 +15 +20

Эксцентриситет г, мм Рис. 5. Графики экспериментачъно определенных зависимостей напряжений в колонках штампа от смещения центра давления штампа от оси ползуна: 1 - при вырубке юД16М, 2 -при вырубке га 1Х18Н9Т

Х12МФ ГОСТ 5950-2000 в рекомендуемом для изготовления инструмента состоянии описывается уравнением (экспериментально определено в главе 3):

— = 1,25-ИГ10 ДАТ."9, (3)

¿¿V ' ' ;

(И

где —- - скорость роста усталостной трещины (мм/цикл), ДА'у - разность ко-<./Л'

эффициентов интенсивности напряжений за цикл нагружения (МПа %/м ).

Приведен пример проектирования инструмента ограниченной программой выпуска изделий долговечности. Показано, что объединение провальных отверстий в нижней плите штампового блока в одно отрицательно влияет на долговечность инструмента. Общую ось выру бных отверстий следует располагать перпенднкулярно фронту пресса.

В главе 3 «Исследование механических характеристик образцов стали Х12МФ» впервые определены механические характеристики стали Х12МФ, определен химический состав материала методом эмиссионного спектрального анализа, проведены ударные испытания и испытания на статическую трещино-стойкость, испытания на усталость гладких образцов при отнулевом цикле (в котором работают штампы для холодной листовой штамповки), исследования циклической трещиностойкости, металлографические исследования структуры материала и изломов испытанных образцов.

Проведенные ударные испытания и испытания на статическую трещино-стойкость продемонстрировало чрезвычайную хрупкость материала. Значения энергии удара, определенной на образцах Шарпи (средняя величина - 2,840 Дж), практически лежат на уровне нижнего шельфа температурных зависимостей энергии удара, принятой в нормах атомного машиностроения, где нижний шельф, определенный по массиву испытаний сталей разных марок при низких температурах (до жидкого азота), принят в настоящее время как 2,5 Дж. Проведенные испытания на растяжение позволили определить среднее значение величины предела прочности, которое составляет 1364 МПа. Коэффициент относительного рассеяния экспериментально полученных значений предела прочности 1,7. Распределение является нормальным. Как видно из полученных диаграмм (типичная приведена на рис. 6) все образцы разрушались хрупко и определить для испытанных образцов предел текучести невозможно. В образцах наблюдались незначительные пластические деформации, но ни на одном из образцов не была достигнута величина пластической деформации 0,2%.

Усталостные испытания проводились ка универсальной гидравлической испытательной машине «Шенк-Гидропульс 250 кН» при от нулевом цикле растяжения, частоте нагружения 30 гц, синусоидальной форме цикла и при комнатной температуре. Результаты усталостных испытаний показаны на рис. 7. Предел выносливости образцов составил 650 МПа при пульсирующих циклах

нагружения на базе испытаний 2 • 106 циклов нагружения.

100С —

Деформация в %

Рис. 6. Экспериментально определенная диаграмма «напряжение-деформацияа для образцов из стали Х12МФ ГОСТ 5950-2000

В результате испытаний на трещиностойкостъ получены значения величины критического коэффициента интенсивности напряжений - А'[г ~26,6 МПа\м. На рис. 8 представлен типичный вид поверхности излома образца. На изломе невозможно отделить зону циклического выращивания трещины от зоны хрупкого долома. Проведенные испытания продемонстрировали чрезвычайно низкую трещиностой-кость исследуемых образцов стали Х12МФ Значение величины критического коэффициента интенсивности напряжений практически находится на нижнем шельфе температурной зависимости критических

коэффициентов интенсивности напряжений, принятой в атомном машиностроении. Это согласуется с данными ударных испытаний, где энергия удара, определенная на образцах типа Шарпи, также соответствует нижнему шельфу температурной зависимости. После определения диапазона допустимых нагрузок были проведены исследования циклической трещиностонкоети. В процессе испытаний выбирались и поддерживались постоянные значения максимальной и минимальной нагрузок цикла, а рост усталостной трещины происходил при непрерывно возрастающем размахе коэффициента интенсивности напряжений за цикл нагружения.

На рис. 9 приведена кинетическая диаграммы усталостного разрушения. Второй участок кинетических диаграмм представлялся в виде степенного уравнения ГЬриса, коэффициенты которого определялись обработкой экспериментальных данных с помощью метода наименьших квадратов. Анализ результатов испытаний показал, что исследуемая сталь не может являться альтернативой (как это предлагается в настоящее время) традиционным инструментальным сталям типа У8, У10А и т.д. в силу своих специфических свойств. Сталь Х12МФ склонна к хрупкому разрушению (подтверждается видом разрушения матриц на рис. ¡, б, в), имеет очень низкие усталостные характеристики. В то время, как в главе 2 показано, что штампы для холодной листовой штамповки работают в условиях сочетания износа и усталости. Нельзя однозначно признать полезность применения этой стали для рекомендуемых в марочнике целей - профилировочные ролики сложной формы, секции кузовных штампов сложной формы, сложные дыропрошивные матрицы при формовке листового металла, матрицы и пуансоны вырубных и просечных штампов со сложной конфигурацией рабочих частей. Стали для этих целей должны обладать оптимальным сочетанием износостойкости и сопротивления усталостному разрушению. Упор только на один аспект не позволяет достичь оптимального результа-

та. Полученный вывод можно распространить на все материалы и виды их термо- и поверхностных обработок, которые используются для изготовления деталей, работающих в сочетании нескольких разрушающих процессов.

Напряжение, МПа

109000 Число циклов

Рис. 7, Диаграмма «максимальное напряжение цикла - число циклов 0с- разрушения» - кривая усталости (стрелками обозначены не разрушившиеся образцы, снятые в дальнейшем с испытаний)

Скорость роста, ммМикл 1Е-1

Образец С5

6 в г а р

Размах коэффициента интенсивности напряжений: ДК, МПз^'м

Рис. 8. Поверхность излома образца при испытаниях на тре-щиностойкость

Рис. 9. Кинетическая диаграмма усталостного разрушения образца их стали Х12МФ. Сплошная линия - аппроксимация второго участка уравнением Пэриса при С = 1.25Е-10, п = 5,39. Штриховая линия - приведенная для сравнения аппроксимация второго участка уравнением Пэриса для стали 10ХСНД при при С - =1,75Е-10, п = 4,! I; штрихпунктирная - для стали У8 при С=2,785Е-11, п=3

В главе 4 «Исследование напряженно-деформированного состояния станин прессов открытого типа и совершенствование их конструкций» систематизированы все предлагаемые способы уменьшения перекоса ползуна на прессах открытого типа:

- введение в конструкцию пресса дополнительных устройств, реконструкции направляющих ползуна,

- реконструкция станины с целью повышения ее жесткости.

Показано, что основное направление уменьшения перекоса ползуна с целью оптимизации условий работы инструмента на прессах открытого типа -повышение жесткости станины. Предложены критерии оптимизации сечений станин открытого типа по условию минимизации изгибных деформаций, что позволяет, при прочих равных условиях, достигать минимума напряжений и контактных давлений на инструменте. Предложенные критерии применены для оптимизации распределения металла по сечению.

На рис. 10 показано сечение произвольной формы. На основе схематизации станины б виде незамкнутой рамы предлагается следующий функционал:

При определении геометрических характеристик сечений станин, изготовленных из одного материала, отношение силы к модулю упругости считается постоянным и при анализе выражения (4) не рассматривается. Очевидно, что при прочих равных условиях жесткость станин из стали будет выше, чем из чугуна.

Рис. 10. Сечение произвольной формы: Р - площадь наложить ограничения по не-

сечения, а - вычет станины. Ст - центр тяжести се- скольким параметрам: чения, И - высота сечения

Функционал (4) можно принять за главный критерий оптимизации геометрических параметров сечений станин открытого типа. Оптимальным с точки зрения минимума изгиб-ной податливости будет такое сечение, геометрические характеристики которого, при прочих равных условиях, обеспечат минимум функционалу (4). На него необходимо

<хг<[<хр], <гсй1(ге1Са*[Са]Сд>[Сд], В<Всг, (5)

где f7p, Gr - напряжения растяжения и сжатия в сечении, МПа; Са и Сд - соответственно коэффициенты угловой и линейной жесткости станины, В — ширина сечения в передней части, мм, В„ - шнрияа стола пресса, регламентируемая ГОСТ 9408-77. В квадратных скобках допустимые значения, согласно ра-

I у "

ботам E.H. Ланского принимается [Сд] = 3^/50 Рн к НУ мм,

[Са j = (4-5)• 104 Jf\, кН/рад (Рп -номинальная сила пресса в кН).

Если задаться постоянной площадью сечения F, можно записать:

h

aF + ¡yxdx

L(x, у) ~ -

(б)

h . Fix*

о

vdx -

(h

{yxdx \b

Минимизировать данный функционал можно несколькими способами -перераспределением металла внутри внешнего контура станины (общая площадь при этом не меняется) и изменением формы сечения. В настоящее время внутреннюю полость сечения располагают по эмпирическим, а точнее статистическим соотношениям, не гарантирующим минимума характеристикам податливости участка станины с сечением. На рис. 11, д, б показаны сечения станины пресса силой 1 МН, и спроектированное на его базе прямоугольное сечение такой же площади. Площадь обоих сечений 0,217 м7; момент инерции существующего сечения 0,0204 м4, значение исследуемого функционала для сечения существующего пресса 30,34 м для сравнения у предлагаемого сечения момент инерции 0,029 м4, значение функционала 25,5 м "3. Это говорит о том, что возможно, не увеличивая металлоемкость машины, снизить изгибные деформации стойки станины с исследуемыми сечениями,

900

900

а)

б!

Рис. П. Сечение существующего пресса силой 1 МИ и спроектированное на его баге сечение, позволяющее достичь минимальной изгибной деформации станины

А

Приняв С — — площади передней и задней полок сечения соот-

вететвенно) определили зависимости функционала (6) от отношения площадей передней и задней полок сечения (рис. 12, а). Очевидно, что при заданной металлоемкости нерационально бесконтрольно увеличивать величину передней полки сечения, рацнонапьные значения С лежат в интервале 1,5-3,5. Кроме главного критерия оптимизации при выборе геометрических характеристик-станин открытого типа необходимо доставить минимум следующему функционалу:

Л

¡У ах

А (*>>') = у = ' (7)

\x~ydx-x ))>(Ьс о О

где./- момент инерции сечения.

На рис. 12, б приведены зависимости функционала (7) ог отношения площадей полок сечения для сечений, показанных на рис. 11. Очевидно, что минимум и этому функционалу доставляют значения С, близкие к оптимальным для главного критерия оптимизации сечения. Для проверки адекватности предложенных моделей проведена проверка полученных результатов методами оптимизации Бройдена (с наложением штрафных функций) и Ныотона. Эти методы подтвердили адекватность более простой математической модели, описанной выше. Сходимость результатов составила 100%.

,„> б)

Рис. 12. Графики зависимости функционалов (6) -а и (7) -б от С (отношения площадей передней и задней полок сечения), 1 - сечение с накладками усиления, 2 - внутренняя полость сечения - прямоугольная, » - существующий вариант (рис. !!, а), ** - оптимальный по критерию минимизации изгианых деформаций при заданной металлоемкости (рис. 11,6)

Кроме рационального расположения внутренней полости сечения можно обеспечить снижение податливости станины путем изменения формы сечения. Очевидно, что традиционная прямоугольная форма сечения при одинаковой металлоемкости не доставляет минимума податливости участку станины. Предлагается комбинированная форма сечения: наружный контур сечения представляет собой прямоугольник, скомбинированный с трапецией, а контур внутренний - трапецию, спроектированную таким образом, что податливость участка станины с данным сечением будет минимальной (техническое решение защищено патентом). На рис. 13 показано сечение комбинированной формы, спроектированное на базе сечения существующего пресса (рис. 11, а) и имеющего такую же площадь. Для этого сечения значения главного критерия оптимизации составляет 21,5 м -3. Значение функционала (7) для этого сечения составляет 7,6 м -2 (для сравнения у прямоугольного сечения существующего пресса значение функционала (7) 10,6 м -2). Техническое решение станины открытого типа с сечением комбинированной формЕ.1 защищено патентом.

Корректность полученных зависимостей и эффективность изобретательских решений подтверждена расчетами численными методами. Путем моделирования напряженно-деформнрованного состояния методом конечных элементов выявлен оптимальный интервал отношения высоты сечения к вылету станины 0,7^/г а^ 2 (ранее принималось /г = (2 - 4)а). Проведена оптимизация верхнего перехода, выполненного в виде поднутрения, и выявлен оптимальный по условию прочности интервал отношения радиуса поднутрения к вылету станины 0,1 ^г/а^ 0,2.

На основе выполненных исследований автором предлагается вариант станины кривошипного пресса огкры-того типа с двумя штамповьши зонами, который позволяет при уменьшении металлоемкости станины снижать напряжения и контактные давления в инструменте до 2,5 раз при прочих равных условиях из-за существенного увеличения жесткости станины. Еще одним преимуществом данного решения является увеличение в два раза производительности пресса (за счет двух штамповых зон). Возможна работа на одной позиции (если поставить муфту в приводе, отключающую передачу момента на одну позицию), при этом так же будут существенно снижены напряжения в инструменте за счет повышенной жесткости станины. Такой подход реализуем только для станин прессов с валом, перпендикулярным фронту пресса. Экспе-

900

Рис. 13. Комбинированное сечение, спроектированное на базе сечения существующего пресса

риментачьные исследования подтвердили корректность математических моделей.

В главе 5 «Исследование долговечности проектируемых базовых деталей, детален с дефектами и их остаточного ресурса» показано, что к настоящему времени произошла эволюция взглядов на наличие дефектов в несу щих конструкциях: от полной недопустимости до ограниченной допустимости при эксплуатационном мониторинге и далее к постановке проблемы допустимого уровня и нормирования количественных и качественных параметров дефектности. Для базовых деталей кузнечно-прессового оборудования (например, рис. 14) эта проблема касается в основном параметров технологической дефектности, потому что невозможно получить крупногабаритную деталь с полным отсутствием дефектов при применении даже самых передовых технологий. Технологическая дефектность наследуется при эксплуатации. Поэтому эксплуатационные дефекты (усталостные трещины) часто образуются не у конструктивного концентратора, а у браковочного технологического дефекта, не выявленного на стадии контроля при изготовлении детали. Иллюстрацией может служить рис. 15, на котором показана зачищенная поверхность литой станины куз-нечно-прессовой машины, после межремонтного периода эксплуатации, с различными дефектами - технологическими и эксплуатационными. Дальнейшие исследования в этом направлении позволят создать базу данных по дефектности силовых деталей кузнечно-прессового оборудования с оценками как видов функций распределения вероятностей, так и их параметров. Такие данные могут служить основой для исследования изменений дефектности в процессе эксплуатации конструкции. Очевидно, что эксплуатационная дефектность характеризуются как начальным распределением дефектности, так и эксплуатационными факторами. Подходы к определению допустимых технологических и эксплуатационных дефектов должны основываться на различных принципах. Например, у новой детали, которой присуща только технологическая дефектность, недопустимы трещины с коэффициентом интенсивности больше порогового значения (А',/,). У детали, находящейся в эксплуатации, при условии постоянного контроля такие дефекты иногда являются допустимыми (на время изготовления детали-дублера).

Для практических целей (выявления параметров выбраковки крупногабаритных деталей кузнечно-прессового оборудования, особенно уникальных) автором предлагается составлять карты допустимых дефектов с учетом прогнозируемой истории нагружения и реальных механических свойств материала детали. Такая карта накладывается на карту обнаруженных дефектов, и с вероятностью, зависящей от надежности методов неразрушающего контроля, принятых методов расчета напряженно-деформированного состояния и определения механических свойств, делается вывод о возможности эксплуатации исследуемого объекта в предполагаемых режимах.

О)

Рис. 14. Крупногабаритные отливки: а - стойка станины, б - траверса кривошипного горя-чеиипамповсчного пресса

Кроме того, автором предлагается составить карты возможной дефектности но имеющимся опытным данным для конкретных заводов - изготовителей по всем применяемым технологиям. Параметры этих карт можно представить как субъективные вероятности, вычисленные для снижения риска принятия решений в условиях неопределенности. Неопределенность в данном случае создается в основном несовершенством современных методов нераз-рушаюицего контроля. Крупногабаритные базовые детали (траверсы, станины

г _ . , и т.д.) получают в основном

Рис. 15. Зачищенная поверхность литои базовой летали . „ _

кузнечно-прессоеой машины (после периода зксплуата- Лй1ьем (5аи1е из *-тали

ции) с технологическими дефектами типа подкорковый Для кривошипных прессов

пузырь (Г), усадочная раковина (2) и эксплуатационными небольших И средних

трещинами (3)

номинальных сил из — СЧ 25, СЧ 30 или СЧ 35) и сваркой.

ГОСТ 19200 - 80 «Отливки из чугуна и стали. Термины и определения» дает характеристику всем возможным видам технологических дефектов отливок и причинам их возникновения. Примем, что дефектность отливки определяется совокупностью дефектов, присущих применяемому технологическому процессу. Очевидно, что браковочными дефектами базовых деталей кузнечно-прессовых машин будут являться дефекты, лежащие в зоне оптимального действия неразрушающего контроля.

В табл. 1 приведены данные по максимально возможным вероятностям обнаружения дефектов ( Р0дну,- ), присущих отливкам из стали (согласно ГОСТу 19200 - 80), различными видами неразрушающего контроля. Данные получены по результатам работ ЗАО «ПРОЧНОСТЬ» и хорошо коррелируются с бальными оценками работ В.В. Клюева. В табл. 1 - НК - неразрушающий контроль; Под оптическим видом неразрушающего контроля (О) понимается визу-альньт и инструментальный контроль, под радиационным (Р) - рентгенография, под акустическим (А) - ультразвуковое обследование. Вероятность обнаружения дефектности вычислялась из условия, что в отливке с вероятностью равной единице присутствуют все возможные дефекты, определяемые ГОСТом для стальных отливок. Однако если известны вероятности наличия в отливке / - ого вида дефекта при применении определенной технологии литья на конкретном предприятии - изготовителе (Рсуб,)ДО вероятность обнаружения дефектности будет определяться: ' '"

где т- число видов дефектов, в совокупности составляющих дефектность.

Что касается составления карт допустимой дефектности, то их построение подразумевает переход от реальной дефектности к моделям дефектности. Автором предлагается с целью снижения консервативности расчетных схем и подходов разработать базу математических моделей, максимально приближенных к реальным дефектам, неизбежно присущим результату применения каждой конкретной технологии (в рассматриваемом случае литья). В соответствии с этим каждому типу (или совокупности типов) технологических дефектов должна быть разработана своя математическая модель.

ГТри составлении карты допустимых дефектов возможно принять подходы работ Махутова H.A., Доронина C.B., Чурсиной T.A. и виртуально разбить всю рассматриваемую конструкцию на зоны по уровню математического ожидания напряжений с присвоением им ранга по потенциальной опасности развития усталостных трещин и последующего разрушения.

Дефекты поверхности и разностенность »южно моделировать непосредственно при расчете отливки чмеленными методами, например методом конечных элементов, т.е. проводить расчет с учетом реальной геометрии конструкции, отличающейся от заданной чертежами. Что касается внутренних дефектов, го фундаментальные исследования Махутова H.A., Москвичева В.В., Доронина C.B. и др. позволяют сделать вывод о том, что наибольшее влияние оказывает одиночный случайный дефект. Поэтому с высокой степенью вероятности можно принять этот вывод и для инженерных расчетов. Одиночный дефект также можно моделировать непосредственно при расчете отливки численными методами. Объемная внутренняя полость в модели будет представлять собой реальные дефекты в виде различных раковин (газоЕых, усадочных и т.п.). Объемная полость описывается в виде эллипсоида вращения и располагается наиболее неблагоприятным с точки зрения усталостной прочности образом (большая по-

1

обн j i суб I '

(8)

луось перпендикулярна максимальному растягивающему напряжению). Соотношение длин осей эллипсоида по статистическим данным принимается равным 2. Такой дефект вводится во все ранжированные по уровню математического ожидания напряженно-деформированного состояния зоны конечно-элементной модели с наложением граничных условий по равенству нулю нормальных и касательных напряжений на внутренней поверхности дефекта. Дефект такого типа является наиболее опасным по критерию роста усталостных трещин. При зарождении у его границы трещины размера /, эффективная длина трещины будет составлять /э = / + d + гр (м), где d — длина большой полуоси

эллипсоида, гр - размер пластической зоны в вершине трещины (для чугу на

этой величиной можно пренебречь). Для сокращения времени подготовки данных при расчете численными методами автором данной работы предлагается прн определении теоретического коэффициента концентрации напряжений использовать полуаналитический подход. Для этого был проведен вычислительный эксперимент, обработка результатов которого позволила выявить функцию зависимости теоретического коэффициента концентрации напряжений (Кт) от отношения большей полуоси d к габаритному размеру сечения II (расчет производился по брутто - сечению). График исследуемой зависимости показан на рис. ¡6. Эта зависимость аппроксимируется с коэффициентом детерминации 0,90 полиномиальным рядом:

К, = 15,16^1" - 8.25^j + 2,78, (9)

С увеличением размеров дефекта при постоянном значении Н, коэффициент концентрации напряжений уменьшается до 1,67 при — = 0,25. Дальнейшее

Н

увеличение размера дефекта снижает концентрацию напряжений, однако, в свою очередь увеличивает напряжения, за счет уменьшения эффективного размера сечения.

Кроме объемных технологических дефектов крупногабаритным деталям присущи и двумерные дефекты (внутренние и наружные). Самые распространенные это трещины и флокены. Для определения допустимых длин несквозных поверхностных и подповерхностных полуэллиптических трещин предлагается использовать методику A.B. Овчинникова.

Для окончательного решения вопроса о выбраковке исследуемой детали предлагается проводить расчетный краш-тест, т.е. виртуальное компьютерное моделирование возможных аварийных режимов происходящих за малый период времени.

Краш-тест проводится в тех случаях, когда в условиях реального нагру-

жения, существует вероят-; | ! ; ность воздействия динамиче-

______|__________________|__________......______1_______I--------1_____4 ских перегрузок (для кузнеч-

0 I I ; но-прессовых машин - это

I | • последствия нарушения пра-

1 | | вил эксплуатации объекта), а

■г............|............|............I............ в детали выявлены техноло-

; | ^ I гические дефекты, соответст-

_|___1 вующие по своим параметрам

} 1 | : "I | Г [ ! I верхней границе допустимой

1,11—----1--!--4------1----1----з--1--; дефектности. Такой краш-

' "3 тест возможно провести с по-

/• мощью программного ком-

Рис. 16. График зависимости кл = / —I плекса динамических расче-

V Нтов ЬБ-ОУКА. Краш-тест предлагается проводить с выявленными в реальной конструкции и введенными в модель дефектами. Для всех типов кузнечно-прессовых машин предлагается разработать систему краш-тестов. Например, для листоштамповочного пресса-перегрузка из-за несоответствующей по толщине или марке материала заготовки и т.п. Такой подход можно распространить на базовые детали различных типов кузнечно-прессового оборудования.

Для составления карты обнаруженных дефектов силовых деталей автором данной работы предложен метод определения оптимального сочетания видов неразрушающего контроля. Интуитивные априорные представления о полезности контроля несколькими видами неразрушающего контроля не являются строгим математическим доказательством необходимости применения этого метода. Для превращения априорных представлений в апостеорные и выявления оптимального сочетания видов неразрушающего контроля был проведен вычислительный эксперимент. При проведении этого эксперимента принималось, что достоверность контроля определяется только объективными факторами. Субъективные ошибки, определяемые наличием субъективных (регулируемых) факторов, таких как низкая квалификация оператора, его плохое психофизическое состояние и недобросовестность не рассматривались. Приняли, что при обследовании ответственных деталей субъективные ошибки должны быть исключены, а дефектность отливки определяется совокупностью дефектов, присущих применяемому технологическому процессу в условиях конкретного предприятия-изготовителя. При обследовании отливки несколькими видами неразрушающего контроля вероятность обнаружения дефекта будем определять по известной зависимости:

Р оби А/ =\-0-Р кцХ\-Р и ¡)-0-Р (Ю)

В формуле (10) индекс к относится к сочетанию видов неразрушающего контроля и принимает значения от 1 до 32, / - к виду неразрушающего контроля внутри сочетания (у т2Х = 6). Общепринято, что визуальный и инструмен-

тальный контроль обязателен и предшествует проведению неразрушающего контроля другими способами, поэтому в табл. 2 в каждом сочетании присутствует оптический метод (О). Вероятность обнаружения дефектности сочетанием видов неразрушающего контроля (Р ¡. у) определялась по выражению аналогичному (8) при РСуб,-=1.

Поскольку выявление дефектности и невыявления ее составляют полную группу событий, то вероятность недобраковки Р " кХ, по дефектности определяем по следующему выражению:

РНкЬ=\-Р к?

Примем, что каждый вид неразрушающего контроля дает вероятность ложного обнаружения браковочного дефекта 0,1 (верхняя граница интервала, полученного по результатам работ ЗАО "ПРОЧНОСТЬ"). Однако каждый вид неразрушающего контроля может дать ложное срабатывание только на тех видах дефектов, которые он в принципе определяет. Приняли, что если / дефект определяется т видами неразрушающего контроля, то вероятность ложного

выявления дефекта уменьшается в т раз. Для рассматриваемой дефектности и видов неразрушающего контроля ее определяющих т тах = 5 (соответствует холодной трещине при сочетании О+Р+К+В+А). С учетом принятых допущений дпя вероятности ложных сигналов, приводящих к переораковке по дефектности запишем:

где а - количество видов дефектов, определяемое данным сочетанием видов

неразрушающего контроля (Р обн кг Т- 0).

Максимальная вероятность обнаружения браковочной дефектности (0,89) соответствует обследованию отливки всеми шестью рассматриваемыми видами неразрушающего контроля. Однако, такое обследование весьма трудоемко и затратно. Для выявления оптимального сочетания неразрушающего контроля, строится таблица рисков для всех возможных событий (под риском понимается произведение вероятности наступления события на потери при его наступлении). Для выбора оптимальной стратегии рассмотрено несколько целевых функций - критерии Вальда (критерий пессимиста), Сэвиджа (критерий оптимиста) и Лапласа. Анализ полученных результатов проведенного риск-анализа для стойки станины кривошипного горячештамповочного пресса (рис. 15, а) и наружного ползуна листоштамповочного пресса показывает, что для крупногабаритных силовых деталей кузнечно-прессового оборудования критерий Сэвиджа и Лапласа указывают на одно и тоже сочетание видов неразрушающего контроля. Критерий Вальда добавляет к этому сочетанию еще один вид неразрушающего контроля, однако, при этом незначительный рост вероятности выявления дефектности, не оправдан увеличением цены обследования. Рекомендуется при определении оптимального сочетания видов неразрушающего кон-

троля по данной методике использовать целевую функцию, описывающую критерий Лапласа для анализа рисков.

После обработки статистических данных по новым видам неразрушаю-щего контроля и нерассмотренным типам дефектов, а так же построения карт субъективной дефектности (дефектности, присущей изделиям, полученным при применении конкретной технологии на конкретном предприятии-изготовителе) предложенный подход может стать более универсальным.

Для повышения надежности составления карт допустимой дефектности предлагается способ определения твердости базовых деталей КПМ, разработанный в ЗАО «ПРОЧНОСТЬ» (техническое решение защищено патентами). Кроме того, в 5-ой главе описывается методология и базовые компоненты предлагаемой автором системы автоматизированного проектирования (САПР) станин открытого типа. Для построения САПР кузнечно-прессовых машин используются универсальные полномасштабные CAU/CAE/CAM - системы, основные из которых следующие:

• CADDS фирмы Computervision - отличается мощным приложением для управления инженерными данными (модуль Opterga) и специальной организацией работы с большими сборками;

» I-IDEAS фирмы SDRC - система с полным набором приложений для различных областей машиностроения, включая моделирование напряженно-деформированного состояния конструкций методом конечных элементов, гибридное трехмерное проектирование твердых тел и поверхностей;

• UNIGRAPHICS фирмы EDS - универсальная программная система, получившая наибольшее распространение в авиационной и автомобильной промышленности;

Акустический (А) Внхре- токовый (В) я а 5 ~ ТЗ а Е § 3< 1 Магнит- 1 ими (М) 1 I в? 5' 5 § Т с; ой § Вид НК

о О Л. О О о о с о о о о о р "ее да гв ■а о о п £ о о X и 73 * С/ X 3 А & п> я о"* СГ| ¡8 Зализ Я Сй •г а о п> ■о ё о £3 1= а ■в-п 5 п н &} £ я с, а п о -1 о 0 1 00

о р о о о "о о о о о о о о Плена

= о о о о о о р о р Ъо Вмятина

о о о о о р о о р "о 00 Другие механические повреждения

о "со о л. я о о -2 о о о с о Неметаллические. мгтал-яич^с-кие те ж = £ 3 3 <5

о о о о о о о о о о о © р о Лякзадия 2 2 о М 2 о '< 2 о Ж -г о з ¡5 о 2

о Ьо р о о о о 00 о о о о о о о Флскен

о 00 р о р £ р "о о о Ъ-о р Горячая трещина л п 3 с Е | » Р Гь Н £

со V о X. о © о о о о о V о Холодная трещина

§ р о с "л о о о о о Ъе р о о Рыхлота

0,80 р о о о р £ р со с р о Раковина

1,00 о о о о о р о 00 о р о Утяжииа

0,60 о о о л о р "со о р Пористость

0,60 | о о о о о о л. р о Неслитика я — Г» о з 8 •д ° о 3 ^ г; ч 5 9

о о о-> о о о С' 'о о о о о "о Разностен-ность

0,52 о VI о © го о ■С* о ^ я -0. £ ГЭ 2. ® 59 СО а т ?

ы

+ + 5 * а + > О + * ш > о 4> | СП Т5 + СТ > 3 V» + % О 2 + С + + га > га > + о г; О + СС О £ га ? О ■о 0 1 £ + > 2 га О + > -э га О В £ С + + СО О + О + 2 + > о + 2 га О + О О га О ■Т1 + О Р» О + а о * О + о О Сочетание видов ПК (*}

© © § '1 р © © £ © 1 © р р © ь © © © © 1 р © я СО © © © © © о © © © © о р © © I © © © © ГО а ^ О >4 0 г р о о> ЕЗ ■о •с X Гй с н Й Г5 •е- П) 3 Р О О о Н Й го га >3 О га Й ¿п Зашш

О г* 5 1 о © р © Ьч О о © О-. © © а © © © о © © о © © © Ъ-© с © © "э-© 1 © © о Ъ-о © > © р © © © © © © © © "сл © © © © Плена

§ 5 © © © р р р © о © О 1 © © © © 1 © о I © р © © © © © © © © © р © © 1 В-^ятина

с о р © © © © © о 1 с © © © Р © р © 1 © © © © 1 © £ Я о р © © © © р © о 1 1 © © © Другие механические повреждения

а р "5 © 1 © г-о © ;с Зч © © © © © © © © © о © © р © р © © 1 © © © 'о © р © 1 © с © © © © Неметаллические, метрические

о л о © © о © © © © © р о © © © © л. © © р с р О р р © 1 р © © р © © © © 1 © © © © © © © © © © © © © о © © © © © © © © о © © Ликвация

© © 0\ © 'о © © р У © § © •о © © © О © © © © а- © © г-с © © © © © р © © 'с 1 © ОС © © © © © © © © © © © р с © © Флокен

"•о "¡2 © © © о-. © '«с © р р © Ъ р \о р р 1 © © © © р © 'Й © © © © © л. © © © © © © Горячая трещина

р © © ">0 © 'ае "чС о © © © "■о р © "чС р з-. £ р * с © р © "-о о о о-. © Ъ © о с- © 1 © © Ь\ © А р о-. © л» © Холодная трещина

© © "о р р © © о © 5! © 1 © 5 р V '-л (7 р © р © С'. © © © 'х* © © © © Ь-© © © © © © © © Рыхлота

о л * а © © © © о 4 * ■= = = © = © © а = о © з © Газовая ракови-

о © "о © © I © © © © © © I Ъ © © о © 1 © © © "1 © р © © © р © © © | р © © © © Утяжина

О © © р '•с р © 00 © о •эс © о о- •5 'о "оо 1 "Й 8 р р о © V© © ае © Ьч © © © © р © © Пористость

© 1 р * '-О •Т. © СЛ ? р ь. р X © © и о © р $ р ? р § р © © © р 3 О © © Ъч © | Е © Несл41пша

ь © © о © О © "о о о ъ © 5С О г о р © © о О © р © .о © © и о© © 1 о © © © ъ © © © Рвноотенность

о ■с § р © § С '5 р Ё О '1 © 5 © © О © © р р © 1 о р р о-. © © ■с. р © р 4* р р о о-. р Вероятность обнаружения де^^ектности

ОЕ

• Pro/ENGINEER фирмы PTC - лидирующая программная система, охватывающая спектр «проектирование-изготовление».

Из отечественных программных комплексов этого типа следует упомянуть МАКС (Моделирование и Анализ Контактных Систем), комплекс проблемно ориентированный на этот класс задач и T-FLEX CAD. Первый комплекс разработан на Воронежском заводе ТМП, второй фирмой АО «Топ-Системы». Однако, все реализованные в интеллектуальных конструкторских средах этих комплексов, САПРы базовых деталей, не позволяют получить карты допускаемой дефектности в автоматизированном режиме.

Это требование учтено р. расчетной системе, содержащей несколько блоков и объединенной единой сервисной оболочкой. Схема системы приведена на рис. 17. Результатом работы системы является полный комплект чертежей и карта допустимых дефектов спроектированной станины. Блок JV2 1 - САПР станин открытого типа. Он представляет собой интеллектуальную конструкторскую среду, реализованную в программном комплексе T-FLEX CAD. САПР охватывает все типы открытых станин - двухстоечную ненаклоняемую, двухсто-ечную наклоняемую и одностоечную. Первоначальными исходными данными является тип станины, материал, номинальная сила пресса и расположение кривошипного вала (перпендикулярно или параллельно фронту пресса). Первым шагом является составление эскизного проекта и твердотельной трехмерной модели вала по известным эмпирическим зависимостям. Это необходимо для определения диаметров отверстий под подшипники кривошипного вала и для проверочного конечно-элементного расчета спроектированной станины методом конечных элементов. При проектировании базовых сечений учитываются рекомендации главы 4. Далее в блоке №2 происходит проверочный расчет полученной конструкции по расчетной схеме в виде незамкнутой рамы (для нена-клоняемых станин) или по формулам кривого бруса (для наклоняемых). Результатом работы блока №1 является полный комплект чертежей и твердотельная трехмерная модель станины с кривошипным валом. Модель строится по чертежам, что позволяет учесть все отверстия в станине, вплоть до отверстий для анкерных болтов. Далее (если выполняются условия (5) при проверке в блоке №3) происходит расчет напряженно-деформированного состояния спроектированной станины методом конечных элементов. Блок №4 использует MSC/N4W.

По данным, полученным в результате действия блоков №5 и №6, строится карта допустимых дефектов в табличной форме. Эти блоки применимы и в том случае, если в процессе эксплуатации обнаруживается дефект и необходимо определить остаточный ресурс станины.

11 | САПР станин

кривошипных

| прессов

• открытого

[ типз

Проверочный расчет НДС станины по упрощенным зависимостям

Твердогельнаи

трехмерная

модель

спроектированной станины

Полный

комплект

чертежей

'3\ %

гасчет напряженно -Удовлетворяет^ да деформированного ^ ли станина у"" состояния методом чччтрсбовак11ям^/ | конечных элементов

/К'ы.

сервисная оболочка

[5 ]Г~6

¡Многокритериальный I! определение ¡анализ ^долговечности

¡долговечности |' станины с

]станикы \! трещиноподобнымл

|! дефектами

Карта допустимых дефектен

Рис. 17. Схема предлагаемой расчетной системы

В главе 6 «Определение долговечности штоков штамповочных молотов» показано, что наименее долговечной деталью молотов являются штоки. Срок их службы колеблется от 3-х дней до нескольких месяцев (что примерно соответствует 5 тыс. - 300 тыс. ударов - циклов нагружения). Годовые затраты на изготовление новых штоков часто соизмеримы со стоимостью самого молота.

Технологические операции, выполняемые на молотах, часто проектируются таким образом, что реализуются внецентренный удар по поковке, приводящий к предельному перекосу бабы в направляющих. Поэтому наиболее частым отказом штока является усталостный излом в месте крепления в ударную массу (бабу), возникающий от перекоса.

В месте зарождения трещины основным силовым фактором будет момент

М.

33

Напряжения от изгиба и волновых процессов будут равны:

М г. г—-О- = —+ г'^Ьр , гг

03)

где И7 - момент сопротивления сечения, где Е- модуль упругости штоковой стали, р - ее плотность.

По данным автора, трещина в штоке чаще всего растет из одного очага (рис. 18). Приняли первоначальное допущение, что фронт трещины прямолинеен на всем пути ее роста при любом диаметре штока.

По наблюдениям автора, долом трещины в штоке происходит в пределах !

-Л < А < — с1. Рассмотрим интервал

!0

О-

< 1. где г - радиус штока. В работе

оыли выявлены законы изменения геометрических характеристик в период роста трещины. Например, зависимость отношения момента сопротивления к третьей степени радиуса штока от отношения глубины трещины к радиусу:

N2

IV

Рис. 18. Усталостный излом штока (А - очаг зарождения усталостного разрушения, Б - зона усталостного излома, В - зона статического излома),

АУ

= -1,8709 — +3,7586!

А Г

Кг)

{¡А

-2,43491 - ¡ + 0,785.

\г)

(14)

Показано, что увеличение диаметра штока с целью повышения его долговечности не оправдано.

Применяя решение Г. Нейбера, для коэффициента интенсивности напряжений, получили следующее выражение:

Г—( м г—\

К. =0,4Ыяо] а., —г + Ул]Ер !. (15)

V иг )

где М-момент, возникающий в месте заделки штока в бабу, при ее предельном перекосе, Ц' - момент сопротивления сечения штока без трещины (Ь=0), а¥\ -коэффициент концентрации напряжений, зависящий от ослабления сечения:

«Г*

+ 1

(16)

й-к) = -3,9711 -- +6,708!

\/ ) \г,

Показано, период живучести штока можно существенно удлинить, обеспечив в вершине трещины плоское напряженное состояние на всем пути до до-лома. Предложена диаграмма выбора сочетания материал-диаметр штока, по-

зволяющая реализовывать наиболее благоприятные условия в вершине трещины (рис. 19).

Рис. 19. Диаграмма для определения сочетания материал - диаметр штока, позволяющая реализовать наиболее благоприятные условия в вершине трещины ( К ]С. 2 " критический коэффициент интенсивности напряжений в условиях плоского деформированного состояния (МПам'м) и условный предел текучести материала (МПа) при ударе - динамические характеристики), диаметр штока (м)

Минимальное значение диаметра штока определяется по условию сохранения продольной устойчивости. На рис. 19 так же выделена область I (область нежелательных значений), где кривая, лимитирующая максимальный размер диаметра лежит ниже прямой, определяющий его минимальный размер. В этом случае необходимо применить материал с большим соотношением К-¡с ¡о§ 2 и выбрать диаметр из области рекомендуемых значений.

На основе данных о стойкости, усталостной прочности и причинах разрушения штоков молотов была разработана и реализована на практике технология изготовления штоков молотов повышенной долговечности. Технология включает в себя обязательный анализ качества исходной заготовки и режимы ее термической обработки, требуемые режимы закалки, режимы шлифования и упрочнения, а также расчет ожидаемой долговечности изготовленных штоков с учетом величины неизбежного остаточного прогиба после термической обработки. Спроектировано и изготовлено приспособление для упрочнения штоков накаткой. Эффективность выбираемых режимов накатки подтверждена автором данной работы экспериментально на стандартных образцах после испытания их на усталость.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

В диссертации решена крупная проблема, имеющая важное народнохозяйственное значение, заключающаяся в разработке комплекса технических решений, направленных на обеспечение требуемой долговечности силовых деталей кузнечно-нрессовых машин и инструмента.

1. Впервые разработана методика оценки долговечности инструмента для холодной листовой штамповки, которая учитывает упругие деформации оборудования при выполнении технологической операции и взаимное влияние двух разрушающих процессов, протекающих в рабочих деталях штампа - износа и усталости. Предложенный подход позволил обосновать комплекс обязательных экспериментов, которые необходимо проводить перед тем как рекомендовать меры (нозые материалы, термо- и поверхностные обработки) по повышению стойкости1 инструмента для холодной листовой штамповки.

2. Впервые проведены экспериментальные комплексные исследования стандартных и специальных ранее не определенных механических характеристик стали Х12МФ, рекомендуемой ГОСТ 5950-2000 для изготовления рабочих деталей разделительного инструмента. Эксперимент выявил, что сталь Х12МФ склонна к хрупкому разрушению, имеет очень низкие усталостные характеристики. Предел выносливости образцов составил 650 МПа при пульсирующих циклах нагружения, что в 1,5 раза ниже ожидаемого значения (по обработке массива экспериментальных данных для легированных статен). Значения энергии удара, определенной на образцах Шарпи 2,840 Дж, критического коэффициента интенсивности напряжений 26,60 МП^м лежат на уровне нижнего шельфа температурных зависимостей. Следовательно, нельзя однозначно признать рациональность применения этой стали для рекомендуемых ГОСТом целей - секции кузовных штампов, дыропрешивные матрицы, матрицы и пуансоны вырубных и просечных штампов. Стали для этих целей должны обладать оптимальным сочетанием износостойкости и сопротивления усталостному разрушению. Полученный вывод можно распространить на все материалы и виды их термо- и поверхностных обработок, которые используются для изготовления деталей, работающих в сочетании нескольких разрушающих процессов.

3. Разработаны новые беззатратные и малозатратные способы увеличения долговечности инструмента, установленного на существующих прессах (рациональное расположение инструмента в штамповой зоне, выбор истории нагружения, минимизирующей усталостную деградацию материала его рабочих частей, торможение усталостного дефекта путем однократной перегрузки). Выполнены экспериментальные исследования предлагаемых способов, которые подтвердили их эффективность, что позволило без существенного увеличения материальных затрат и реконструкции прессов минимизировать расход инструментальных сталей и времени на переналадку инструмента.

4. Разработаны новые критерии выбора рациональных параметров сечений станин открытого типа, в том числе кривошипных прессов, учитывающие противоречивость требований повышения жесткости и долговечности при сохранении (снижении) металлоемкости станины. На основе предложенных критериев разработана новая методика выбора рациональных геометрических характе-

ристик сечений станин открытого типа, обеспечивающих минимизацию износа и усталостной повреждаемости инструмента. Корректность полученных зависимостей подтверждена расчетами численными методами и натурными экспериментальными исследованиями. Новые критерии позволили создать конструкции станин открытого типа (с базовым сечением комбинированной формы, с базовым сечением прямоугольной формы с рационально расположением внутренней полости, с двумя штамповыми зонами), применение которых при той же (или сниженной) металлоемкости существенно повышает долговечность инструмента за счет уменьшения изгибных деформаций стоек станин.

5. Впервые разработана методика составления карт допустимой и обнаруженной дефектности силовых деталей кузнечно-прессовых машин. Карта допустимой дефектности накладывается на карту обнаруженных дефектов, и с вероятностью, зависящей от надежности методов неразрушающего контроля, принятых методов расчета напряженно-деформированного состояния и определения механических свойств, делается вывод о возможности эксплуатации исследуемого объекта в предполагаемых режимах. Данная методика позволяет проводить обоснованную отбраковку дефектных деталей на стадии изготовления и избегать «перебраковки» (когда отбраковывается годная деталь, что приводит к большим материальным затратам и потере времени на изготовление новой детали) и «недобраковки» (когда пропущенный на стадии изготовления силовой детали дефект может вызвать аварийную ситуацию на производстве, вплоть до смертельных случаев).

6. Разработаны базисные компоненты системы автоматизированного проектирования станин открытого типа, где на стадии проектирования станины составляется карта допустимых дефектов, которые возможны при изготовлении крупногабаритных отливок. Это позволяет существенно сократить время не только на проектирование самой детали, но и на формирование параметров отбраковки.

7. Для штоков штамповочных молотов разработана новая методика оценки долговечности. На ее основе предложен критерий выбора сочетания материал-диаметр штока, позволяющий существенно увеличивать их долговечность. На основе предлагаемого критерия разработана новая технология изготовления штоков штамповочных молотов, включающая в себя обязательный анализ исходной заготовки и режимы ее предварительной термической обработки, требуемые режимы закалки после чистового точения, режимы шлифования и упрочнения, а так же расчет ожидаемой долговечности с учетом величины неизбежного остаточного прогиба после термоообработки. Применение разработанной технологии позволяет изготавливать штоки повышенной по сравнению с принятой на производстве технологией долговечностью, что позволяет минимизировать материальные затраты от простоя молотов и расхода штоковых сталей.

8. Предложенные подходы позволили:

- составить карту допускаемых технологических дефектов вновь проектируемой станины уникального многопозиционного гидравлического пресса-автомата, предназначенного для брикетированяи мелкодисперсных отходов до-

ломита; которая будет использована для возможной отбраковки дефектных силовых деталей пресса на стадии изготовления;

- определить остаточный ресурс с рекомендациями по срокам дальнейших обследований главного цилиндра пресса силой 31,5 МН («Сенгравис Продакшн Юкрейн», Украина, Днепропетровская обл., г. Никополь);

- составить карты допустимой эксплуатационной дефектности и обнаруженных дефектов станин реверсивных прокатных станов 5000 и 2800 ОАО «Северсталь». Полученные результаты показали, что на этих станах возможно внедрить новые технологии, требующие увеличения технологической нагрузки существенно выше номинальной, что позволило расширить технологические возможности этих машин без реконструкции рабочих клетей:

- составить карты допускаемой эксплуатационной дефектности и обнаруженных дефектов станины непрерывного прокатного стана 2000 ОАО «Северсталь». Полученные результаты показали, что на этом стане недопустимо без реконструкции стана проводить рзнее планируемую прокатку сталей категории прочности Х70-Х100;

- для молотов с МПЧ 800 кг НПО «Труд» (Нижегородская область, Вача) спроектировать и изготовить штоки повышенной долговечности (30 штук). Штоки были спроектированы с учетом рекомендаций данной работы, термо - и поверхностно обработаны по предлагаемой технологии. Срок их службы увеличился в 10-30 раз по сравнению с используемыми ранее.

9. Для учебного процесса разработан курс «Методы обеспечения надежности технологических комплексов для обработки металлов давлением для студентов, обучающихся по специальности 05.03.05 - «Технологии и машины обработки давлением».

10. Методические указания по расчетно-экспериментальному определению долговечности и остаточного ресурса внедрены в практику экспертных организаций Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1.Кирдеев Ю.П., Корнилова A.B. Обеспечение надежности машин. Учебное пособие. - М.: Издательский центр МГТУ «СТАНКИН», 2002. 140 с.

2. Кирдеев Ю.П., Корнилова А.В.Экспернментальное определение напряжений в деталях машин. Методическое пособие к выполнению лабораторных работ. -М.: Издательский центр МГТУ «СТАНКИН» 2002. 40 с.

3. Ланской E.H.. Корнилова A.B.Влияние смещения центра давления штампа на условия его работы на прессах открытого типа /У Межвузовский сб. науч. трудов «Ресурсосберегающая технология и оборудование штамповочного производства в авиастроении». Ярославль. 1989. С. 97-101.

4. Ефимов Е.В., Корнилова A.B.Силовой расчет механизма лиетоприжима с разрывом кинематических связей для однокривошипного пресса двойного действия /'/ Рукопись депонированная ВНИИТЭМР № ЗОЮ от 30.08. ¡986.

5. Корнилова A.B. Кинематический расчет механизма лиетоприжима с разрывом кинематических связей для однокривошипного пресса двойного действия И Рукопись депонированная ВНИИТЭМР № 4987 от 20.! 1.1987.

6. Корнилова A.B. Система, обеспечивающая движение ползуна кривошипного пресса без перекоса // Рукопись, депонированная ВНИИТЭМР № 6987 от 26.1J.1990 г.

7. Корнилова A.B. Методы расчета станин открытого типа // Рукопись депонированная ВНИИТЭМР № 6989 от 28.11.1990.

8. Корнилова A.B., Ланской E.H.. Цой В.П. К расчету открытых станин кривошипных прессов//Кузнечно—штамповочное производство. 1991. №2. С. 15-20.

9. Корнилова A.B., Кирдеев Ю.П. Повышение долговечности штоков молотов //Кузнечно—штамповочное производство . 1994. №5. С.21-23.

10. Кирдеев Ю.П., Корнилова A.B. Выбор диаметра штока молота //Кузнечно—штамповочное производство . 1996. №7. С.28-30.

11. Юркевич В.В., Корнилова A.B. Устройства для управления траекторией формообразующих элементов станка //Техника машиностроения. 2002. №4. С.15-24.

12. Кирдеев Ю.П., Корнилова A.B. Многокритериальная оценка долговечности базовых деталей кузнечно-прессовых машин //КШГ1.0МД. 2004. №9. С. 1520.

13. Корнилова A.B. Пути повышения долговечности инструмента для разделительных операций // КШП. ОМД. 2004. №11. С. 18-31.

14. Корнилова A.B. К вопросу о проектировании станин открытых кривошипных прессов // Сборник научных трудов «Системы пластического деформирования» МГТУ «Станкин». 2004 . С, 40-47.

15. Корнилова A.B. Новые подходы к проектированию станин кривошипных прессов открытого типа // Тяжелое машиностроение. 2005. №2. С. 2-6.

16. Сивак Б.А., Корнилова A.B. Определение общей долговечности и остаточного ресурса деталей металлургических машин // Тяжелое машиностроение. 2005. №3. С. 9-11.

17. Корнилова A.B. Методика определения долговечности и остаточного ресурса базовых деталей кузнечно-прессовых машин /У КШП. ОМД. 2005. №5. С. 11-16.

18. Корнилова A.B. О выборе материалов для изготовления штоков горячеш-тамповочных молотов двойного действия И КШП. ОМД. 2005. №9. С. 36-41.

19. Корнилова A.B. Методика проектирования инструмента ограниченной долговечности // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2005. №3. С. 76-81.

20. Корнилова A.B. Долговечность штоков шаботных молотов // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2005. №6. С. 84-89.

21. Корнилова A.B., Карпухин И.И. Новые методы проектирования и оценки долговечности базовых деталей открытых кривошипных прессов //Сборник статей Международной научно-технической конференции «Новые методы и средства исследования процессов и машин обработки давлением». Краматорск 2005. С. 396-403.

22. Корнилова A.B. Некоторые подходы к созданию методики выбора необходимого количества штампов-дублеров // КШП. ОМД, 2006. №9. С.16-21.

23. Корнилова A.B. Современное состояние предприятий отечественного кузнечно-прессового машиностроения // КШП. ОМД. 2006. №6. С.17-25.

24. Корнилова A.B. ГТути повышения долговечности штоков штамповочных молотов //Тяжелое машиностроение. 2006. №11. С.28-32.

25. Корнилова A.B. Определение долговечности инструмента для холодной листовой штамповки по критериям трнбофатнки //Проблемы машиностроения и надежности машин. 2006. №2. С. 88-94.

26. Komilova A.V. Practical aspects of the determination of the allowable tech-nogical defectiveness// Proceedings of the Colloguiuni «Mechanical fatigue of metals» 2006. P.393-399.

27. Гарцман С.Д., Карпухин И.И., Сильверстов И.Н., Корнилова A.B. Определение твердости деталей машин на основе применения методов расчета на удар // Сборник трудов XV Симпозиума (РАН) "Динамика виброударных (сильно нелинейных) систем. 2006. С. 77-81.

28. Корнилова A.B. Определение долговечности деталей передаточного механизма штамповочных машин ударного действия // Сборник трудов XV Симпозиума (РАН) "Динамика виброударных (сильно нелинейных) систем. 2006. С. 151-157.

29. Корнилова A.B., Карпухин П.И. Пути повышения долговечности штоков штамповочных молотов // Сборник докладов международной конференции по теории механизмов и машин. Краснодар. 2006. С. 243-245.

30. Корнилова A.B. Критерии выбора сочетания материал-диаметр штоков штамповочных молотов // Сборник докладов Всероссийской научно-технической конференции «Прогрессивные технологические процессы, новые материалы и оборудование обработки материалов давлением». Рыбинск. 2006. С. 19-22.

31. Корнилова A.B. Новые подходы к оценке долговечности инструмента для холодной листовой штамповки /'/Сборник статей Международной научно-технической конференции «Современные методы моделирования процессов обработки материалов давлением». Краматорск 2006. С. 407-418.

32. Корнилова A.B. Математическое моделирование процессов разрушения разделительного инструмента //Известия Тульского Государственного университета. Серия «Механика деформированного твердого тела и обработка материалов давлением». Выпуск 1. 2006. С.323-333.

33. Корнилова A.B. Методика определения долговечности (стойкости) инструмента для холодной листовой штамповки // Сборник трудов высшей школы РФ «Наука». 2006. С. 121-125.

34. Сильверстов И.Н., Корнилова A.B. Этапы оценки технического состояния металлургического оборудования /./Безопасность в промышленности. 2006. №2. С. 36-44.

35. Корнилова A.B. К вопросу о применимости стали Х12МФ для разделительных штампов //Сборник трудов «Неделя металлов». 2006. С.67-74.

36. Корнилова A.B. Проблемы математического моделирования технологической дефектности базовых деталей кузнечно-прессовых машин // КШП. ОМД. 2007. №2. С. 21-30.

37. Корнилова A.B. Некоторые подходы к оценке долговечности инструмента для холодной листовой штамповки // КШП. ОМД. 2007. №1. С. 16-23.

38. Корнилова A.B. Применение риск-анализа при определении оптимального сочетания видов неразрушающего контроля // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2007. №3. С.69-76.

39. Корнилова A.B. К вопросу о комбинировании методов неразрушающего контроля // Безопасность труда в промышленности. 2007. №6. С. 15-20

40. Корнилова A.B. Исследование влияния свойств инструментальной стали Х12МФ на долговечность штамповой оснастки // Сборник статей международной научно-технической конференции «Физико-механические проблемы формирования структуры и свойств материалов методами обработки давлением». Краматорск. 2007. С. 426-435.

41. Непершин Р.И., Корнилова A.B. Оптимальное проектирование сечения стоек станин открытых прессов // Сборник трудов международной школы-семинара «Современные проблемы механики и прикладной математики» (РАН). Воронеж. 2007. С.95-107.

42. Корнилова A.B. Определение остаточного ресурса по критерию многоцикловой усталости //Безопасность труда промышленности. 2008. №6. С. 3139.

43. Гарцман С.Д., Карпухин И.И., Корнилова A.B. Влияние увеличения скорости деформирования на коэффициент восстановления скорости при ударе // КШП. ОМД. 2008. №10. С. 21-22.

44. Патент РФ № 2025278 В30В15/04. Одностоечная станина открытого кривошипного пресса // Ланской E.H., Корнилова A.B. Опубл. Б.И. 1994. №24.

45. Положительное решение о выдаче патента по заявке № 2007125275 .МПК ВЗОВ 1/26, ВЗОВ 15/04. Кривошипный пресс открытого типа // Корнилова A.B. 2008.

46. Патент РФ № 2315280 G01N 3/52. Способ определения твердости материала в точке рабочей поверхности цельного металлического изделия // Гарцман С.Д., Карпухин И.И., Корнилова A.B., Сильверстов И.Н. Опубл. Б.И. 2008. №7.

47. Положительное решение о выдаче патента по заявке № 20071412400/28(045141), G01N 3/52. Способ определения твердости поверхности опертой по контуру металлической пластины/7' Гарцман С.Д., Карпухин И.И., Корнев Н.К., Корнилова A.B., Сильверстов И.Н. 2008.

для заметок

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Корнилова Анна Владимировна

Разработка методов обеспечения долговечности силовых деталей кузнечно-прессовых машин и инструмента

Подписано в печать 04.02.2009 г.

Формат 60x90 1/16. Бумага 80 г.

Усл. печ. л. 2,56. Тираж 130 экз. Заказ № 226.

Отпечатано в Издательском центре

ГОУ ВПО Московский государственный технологический университет «Станкин». 127055, Москва, Вадковский пер., За. Тел.: 8(499) 973-31-93

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ГИПОТЕЗ НАКОПЛЕНИЯ ПОВРЕЖДАЕМОСТИ 14 В УСЛОВИЯХ МНОГОЦИКЛОВОЙ УСТАЛОСТИ

1.1. Гипотезы линейного накопления повреждаемости

1.2. Гипотезы, учитывающие снижение предела выносливости 22 при циклическом нагружении

1.3. Гипотезы, основанные на предположении о превалирую- 30 щем влиянии на повреждаемость вида кривых повреждаемости

1.4. Гипотеза Райхера В.Л.

1.5. Некоторые попытки ограничить область применения гипо- 41 тез накопления усталостной повреждаемости

Выводы по главе

ГЛАВА 2. ДОЛГОВЕЧНОСТЬ РАЗДЕЛИТЕЛЬНОГО ИНСТРУМЕН- 46 ТА ДЛЯ ХОЛОДНОЙ ЛИСТОВОЙ ШТАМПОВКИ

2.1. Виды предельных состояний разделительного инструмента

2.2. Определение напряженно-деформированного состояния 52 разделительного инструмента с учетом деформаций оборудования

2.3. Способы повышения долговечности инструмента, установ- 65 ленного на существующие прессы

2.4. Оценка долговечности разделительного инструмента с уче- 75 том совместного действия двух разрушающих процессов

2.5. Многокритериальная оценка долговечности разделитель- 91 ного инструмента

2.6. Методика выбора необходимого количества штампов дуб- 100 леров

2.7. Методика расчетов при проектировании разделительного 106 инструмента ограниченной долговечности

Выводы по главе

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИ- 124 СТИК ОБРАЗЦОВ СТАЛИ Х12МФ

3.1. Исследуемый металл и образцы

3.2. Металлографические исследования

3.3. Испытания на разрыв

3.4. Ударные испытания

3.5. • Испытания на усталость

3.6. Испытания на трещинностойкость 152 Выводы по главе

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРО

ВАННОГО СОСТОЯНИЯ СТАНИН ПРЕССОВ ОТКРЫТОГО ТИПА И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ИХ КОНСТРУКЦИЙ

4.1. Факторы, обуславливающие перекос ползуна на прессах 159 открытого типа

4.2. Способы уменьшения перекоса ползуна на прессах откры- 164 того типа

4.3. Методы расчета станин открытого типа на жесткость и 168 прочность. Краткий исторический экскурс

4.4. Определение характеристик базовых сечений станин от- 174 крытого типа

4.5. Моделирование напряженно-деформированного состояния 193 станин численными методами

4.6 Экспериментальное исследование напряженнодеформированного состояния станины открытого типа пресса силой 1 МН

Выводы по главе

ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ПРОЕКТИРУЕ- 209 МЫХ БАЗОВЫХ ДЕТАЛЕЙ, ДЕТАЛЕЙ С ДЕФЕКТАМИ И ИХ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА

5.1. Моделирование технологической дефектности базовых де- 209 талей. Методология построения карт допускаемой дефектности

5.2. Применение риск - анализа для оптимального сочетания 228 видов неразрушающего контроля при построении карт обнаруженной дефектности

5.3. Методология системы автоматизированного проектирова- 240 ния станин открытого типа

Выводы по главе

ГЛАВА 6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ШТОКОВ ШТАПО- 247 ВОЧНЫХ МОЛОТОВ

6.1. Способы повышения долговечности штоков штамповоч- 248 ных молотов

6.2. Выбор рационального диаметра штока

6.3. Выбор оптимального сочетания материал - диаметр што- 265 ков штамповочных молотов

Выводы по главе

Современный этап развития техносферы характеризуется ростом требований к обеспечению безопасной эксплуатации и повышению долговечности технических систем. Благодаря работам Махутова Н.А., Москвичева В.В., Лепихина A.M., Шокина Ю.И, Доронина С.В., Гаденина М.М., Болотина В.В., Сосновского JI.A., Черняева А.П., Горицкого В.М., Ивановой B.C. и других ученых заложены фундаментальные основы обеспечения конструкционной и эксплуатационной надежности технических систем различного назначения ([1-10] и др.). Развиваются экспериментальные методы определения напряжений и деформаций, методы механики разрушений, специальные разделы математики. Возникла и успешно развивается наука о сочетании и взаимном влиянии процессов поверхностного повреждения и объемного разрушения. Однако, новые перспективные подходы не находят практического применения при расчетах прочности, долговечности и допустимой дефектности деталей кузнечно-прессовых машин и инструмента. Соответственно не подвергаются пересмотру и коэффициенты запаса.

Технологические процессы обработки металлов давлением, обеспечивающие снижение расхода металла и повышение прочностных свойств изготавливаемых изделий широко применяются в современном машиностроении.

Срок морального износа кузнечно-прессового оборудования достаточно длителен. Следовательно, необходимо гарантировать надежное функционирование таких машин весь период их эксплуатации. В настоящее время на большинстве российских предприятий используется оборудование, выработавшее часть (а иногда и весь) проектный ресурс. Внедрение новых прогрессивных технологий на таком оборудовании требует точного прогнозирования остаточного ресурса с учетом всех имеющихся дефектов (технологических и появившихся в процессе эксплуатации). Силовые детали кузнечно-прессового оборудования и штамповый инструмент подвергаются высоким циклическим нагрузкам, а специфика этого вида оборудования такова, что не выявленный дефект при интенсификации процесса нагружения машины, может привести к аварийной ситуации (вплоть до смертельных случаев).

Для вновь проектируемых прессов повышение точности штамповки достигается увеличением жесткости машины, которая в свою очередь обеспечивается повышением материалоемкости и завышенными запасами прочности, что нерационально. Альтернативой этому методу может являться рациональное распределение металла по сечению машины, что позволит без увеличения металлоемкости достигать поставленной цели.

В результате анализа современного состояния конструкций и практики эксплуатации силовых деталей кузнечно-прессовых машин и инструмента выявлено следующее:

- в настоящее время не существует методики определения долговечности силовых деталей кузнечно-прессовых машин, которая позволила бы рекомендовать действенные меры по ее повышению. Практически нигде не рассматривается вопрос допустимого дефекта и определения остаточного ресурса;

- отсутствие методики оценки долговечности инструмента ограничивает возможности создания рациональных конструкций и режимов эксплуатации, обеспечивающих надежное выполнение заданной программы.

Следовательно, разработка методов обеспечения долговечности силовых деталей кузнечно-прессовых машин и инструмента на базе современных подходов к этой проблеме является актуальной задачей.

Цель работы.

Целью работы является обеспечение требуемой долговечности силовых деталей кузнечно-прессовых машин и инструмента путем создания научно-обоснованных технических решений по проектированию и эксплуатации, основанных на применении современных методов определения напряжений и деформаций, постулатах механики разрушения и трибофатики, риск-анализе и современных методах оптимизации.

Для достижения указанной цели требуется решить следующие задачи:

- разработать рекомендации по повышению долговечности рабочих деталей инструмента для холодной листовой штамповки, путем математического моделирования комплекса разрушающих процессов, происходящих в его рабочих деталях и подтвердить эффективность предложенных рекомендаций натурным экспериментом;

- разработать комплекс экспериментов, определяющих возможность рационального применения материалов для рабочих деталей разделительного инструмента, на примере экспериментальных исследований стандартных и специальных механических характеристик штамповой стали Х12МФ (ГОСТ 5950-2000), рекомендуемой как перспективная, но для которой эти характеристики не определены,

- предложить критерии выбора рациональных параметров сечений станин открытого типа, в том числе кривошипных прессов, учитывающие противоречивость требований повышения долговечности и снижения металлоемкости при сохранении (повышении) заданного уровня жесткости с целью минимизации износа и усталостной деградации инструмента и подтвердить адекватность математического моделирования натурным экспериментом;

- разработать методику определения долговечности силовых деталей с технологическими и эксплуатационными дефектами и их остаточного ресурса, путем создания базы математических моделей дефектов, и предложить рекомендации по сочетанию видов неразрушающего контроля с целью повышения надежности выявления дефектности;

- разработать базисные компоненты системы автоматизированного проектирования станин открытого типа, где на стадии проектирования детали в автоматизированном режиме будет составляться карта допустимых технологических дефектов, что позволит существенно сократить время не только на проектирование самой детали, но и на формирование параметров отбраковки;

- разработать математическую модель разрушения штоков штамповочных молотов на базе линейной механики разрушения и предложить рекомендации по повышению их долговечности.

Научная новизна работы.

Впервые разработана методика учета взаимовлияния различных механизмов разрушения при износе и усталости рабочих деталей инструмента для разделительных операций холодной листовой штамповки, позволяющая повысить надежность определения их ресурса. Показано, что скорость формирования усталостного дефекта до 1,5 раз выше скорости износа.

Разработан комплекс экспериментов, определяющих возможность рационального применения материалов и термо- и поверхностных обработок для рабочих деталей разделительного инструмента, включающий определение стандартных механических характеристик, усталостных характеристик (предела выносливости при отнулевых циклах нагружения, параметров наклона ветви многоцикловой усталости), характеристик трещиностойкости (порогового и критического коэффициентов интенсивности напряжений, параметров участка Пэриса кинетической диаграммы усталостного разрушения), ударной вязкости, испытаний по критериям трибофатики, учитывающих взаимовлияние износа и усталости.

Предложены критерии выбора рациональных параметров сечений станин открытого типа, позволившие разработать новую методику выбора рациональных геометрических характеристик сечений станин открытого типа (отношения высоты сечения к вылету станины, соотношения площадей передней и задней полок сечения), обеспечивающих минимизацию износа и усталостной повреждаемости инструмента за счет снижения (до 1,5 раз) изгиб-ных деформаций стоек станин без повышения металлоемкости. Корректность полученных зависимостей подтверждена расчетами численными методами и натурными экспериментальными исследованиями.

Впервые предложен системный подход к созданию базы математических моделей дефектов литых деталей кузнечно-прессового оборудования, где каждому дефекту (группе дефектов), регламентируемому ГОСТ 19200 — 80 «Отливки из чугуна и стали. Термины и определения» соответствует своя математическая модель, позволяющая повышать надежность построения карт допустимых дефектов и прогнозирования долговечности детали.

Впервые разработана методика построения карты допустимых дефектов, включенная в систему автоматизированного проектирования станин открытого типа, которая накладывается на карту обнаруженных дефектов и позволяет производить отбраковку силовых деталей на стадии изготовления.

Впервые предложены критерии выбора сочетания материал (характеризуемый отношением вязкости разрушения в условиях плоского деформированного состояния к условному пределу текучести) - диаметр штока, позволяющих существенно увеличить стойкость штоков. Эффективность предложенных критериев подтверждена эксплуатацией спроектированных штоков на молотах с МПЧ 800 кг, показавших стойкость в 10-30 раз выше, чем ранее эксплуатирующиеся.

Практическая ценность.

Проведено комплексное исследование ранее не определенных стандартных и специальных механических характеристик стали Х12МФ, рекомендуемой ГОСТ 5950-2000 для изготовления рабочих деталей разделительного инструмента.

Разработаны новые конструкции станин прессов открытого типа (станина с сечением комбинированной формы, станина с двумя штамповыми зонами), защищенные патентами и позволяющие обеспечить максимально достижимую долговечность инструмента при минимально возможной металлоемкости станины за счет уменьшения изгибных деформаций стоек станины.

Разработана методика определения долговечности вновь проектируемых силовых деталей, деталей с дефектами и остаточного ресурса существующих конструкций, учитывающей реальные условия их эксплуатации.

Разработаны рекомендации по комбинированию видов неразрушающе-го контроля, позволяющие существенно повышать вероятность обнаружения дефектности (до 89 %) при минимизации рисков предприятия.

Предложены способы повышения долговечности инструмента, установленного на существующие прессы, заключающиеся в рациональном расположении инструмента в штамповой зоне, выборе истории нагружения, минимизирующей усталостную деградацию материала его рабочих частей, торможение усталостного дефекта путем однократной перегрузки.

Разработана технология изготовления штоков молотов повышенной долговечности, включающей в себя обязательный анализ исходной заготовки и режимы ее предварительной термической обработки, требуемые режимы закалки, режимы шлифования и упрочнения, а так же расчет ожидаемой долговечности с учетом величины неизбежного остаточного прогиба после термообработки.

Реализация результатов работы:

1. Для молотов с МПЧ 800 кг ОАО «Труд» (Нижегородская область, п. Вача) спроектировано и изготовлено 30 штоков. Штоки были спроектированы с учетом рекомендаций данной работы, термо- и поверхностно обработаны по предлагаемой технологии. Срок их службы увеличился в 10-30 раз по сравнению с используемыми ранее.

2. Для проектируемой в ЗАО «Прочность» станины уникального многопозиционного пресса-автомата, предназначенного для брикетирования мелкодисперсных отходов доломита, по предлагаемой методике была определена карта допустимых дефектов.

3. Для главного цилиндра пресса силой 31,5 МН («Сентравис Продакшн Юкрейн», Украина, Днепропетровская обл., г. Никополь) после проведения капитального ремонта был определен остаточный ресурс с рекомендациями по срокам обследований.

4. Для станин реверсивного прокатного стана 5000 ОАО «Северсталь» построены карты допустимых дефектов при приложении нагрузки 9000 тонн и определен запас прочности по пороговому значению коэффициента интенсивности напряжений. Полученные результаты позволили внедрить на стане новые прогрессивные технологии без изменения конструкции станин.

5. Для станин реверсивного прокатного стана 2800 ОАО «Северсталь» проведен расчет долговечности при выборе радиуса закругления в концентраторе и предложены малозатратные меры по увеличению долговечности, таким образом, чтобы на существующем стане стало возможно внедрить новые технологии, требующие увеличения технологической нагрузки в 1,5 раза выше номинальной без реконструкции станин.

6. Для станин непрерывного прокатного стана 2000 ОАО «Северсталь» составлены карты допускаемой эксплуатационной дефектности и обнаруженных дефектов. Полученные результаты показали, что на этом стане недопустимо проводить без реконструкции стана ранее планируемую прокатку сталей категории прочности Х70-Х100.

7. Для учебного процесса разработан курс «Методы обеспечения надежности технологических комплексов для обработки металлов давлением», читаемый автором с 2004 года в ГОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН» для студентов, обучающихся по специальности 05.03.05 - «Технологии и машины обработки давлением». Курс обеспечен учебным пособием, рекомендованным Учебно-методическим объединением по образованию в области автоматизированного машиностроения в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по направлению «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств» и специальностям: «Технология машиностроения», «Металлорежущие станки и инструменты», «Машины и технология обработки металлов давлением» и методическим пособием для выполнения лабораторных работ.

8. Методические указания по расчетно-экспериментальному определению долговечности и остаточного ресурса внедрены в практику экспертных организаций Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Критерии и методика проектирования рациональных сечений станин открытого типа, позволяющие минимизировать износ и усталостную деградацию инструмента.

2. Новые конструкции станин прессов открытого типа, обеспечивающие максимально достижимую долговечность инструмента, при минимально возможной металлоемкости станины за счет уменьшения изгибных деформаций стоек станины.

3. Методика определения долговечности вновь проектируемых станин, деталей с дефектами и остаточного ресурса существующих конструкций, учитывающая реальные условия их эксплуатации.

4. Рекомендации по комбинированию видов неразрушающего контроля, позволяющие существенно повышать вероятность обнаружения дефектности при минимизации рисков предприятия.

5. Способы повышения долговечности инструмента, установленного на существующие прессы.

6. Методика выбора сочетания «материал-диаметр» штоков молотов, обеспечивающая существенное (в десятки раз) увеличение их долговечности.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, подтверждена результатами натурных экспериментальных исследований и практикой эксплуатации.

Публикации. Основное содержание диссертации изложено в учебном и методическом пособиях, 41 статье и 4 патентах.

Апробация диссертации. Основные положения работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях, симпозиумах и семинарах:

- на Международной научно-технической конференции «Новые методы и средства исследования процессов и машин обработки давлением» (Краматорск, 2005);

- на Colloguium "Mechanical fatigue of metals" (Тернополь, 2006);

- на XV Симпозиуме РАН "Динамика виброударных (сильно нелинейных) систем (Звенигород, 2006);

- на Всероссийской научно-технической конференции «Прогрессивные технологические процессы, новые материалы и оборудование обработки материалов давлением» (Рыбинск, 2006);

- на Международной научно-технической конференции «Современные методы моделирования процессов обработки материалов давлением» (Краматорск, 2006);

- на конференции «Неделя металлов в Москве» (2006);

- на Международной конференции по теории механизмов и машин (Краснодар, 2006);

- на конференции «Основные направления повышения качества экспертизы промышленной безопасности металлургических объектов» (Москва, 2006); на Международной научно-технической конференции «Физико-механические проблемы формирования структуры и свойств материалов методами обработки давлением» (Краматорск, 2007),

- на научном семинаре кафедры «Прикладная механика» под руководством профессора В.А. Светлицкого (МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008):

- на регулярно проводящихся семинарах НО «Ассоциация металлургических экспертных центров» и ЗАО «ПРОЧНОСТЬ».

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

В диссертации решена крупная проблема, имеющая важное народнохозяйственное значение, заключающаяся в разработке комплекса технических решений, направленных на обеспечение требуемой долговечности силовых деталей кузнечно-прессовых машин и инструмента.

1. Впервые разработана методика оценки долговечности инструмента для холодной листовой штамповки, которая учитывает упругие деформации оборудования при выполнении технологической операции и взаимное влияние двух разрушающих процессов, протекающих в рабочих деталях штампа - износа и усталости. Предложенный подход позволил обосновать комплекс обязательных экспериментов, которые необходимо проводить перед тем как рекомендовать меры (новые материалы, термо- и поверхностные обработки) по повышению стойкости инструмента для холодной листовой штамповки.

2. Впервые проведены экспериментальные комплексные исследования стандартных и специальных ранее не определенных механических характеристик стали Х12МФ, рекомендуемой ГОСТ 5950-2000 для изготовления рабочих деталей разделительного инструмента. Эксперимент выявил, что сталь Х12МФ склонна к хрупкому разрушению, имеет очень низкие усталостные характеристики. Предел выносливости образцов составил 650 МПа при пульсирующих циклах нагружения, что в 1,5 раза ниже ожидаемого значения (по обработке массива экспериментальных данных для легированных сталей). Значения энергии удара, определенной на образцах Шарпи 2,840 Дж, критического коэффициента интенсивности напряжений 26,60 МПа^/м лежат на уровне нижнего шельфа температурных зависимостей. Следовательно, нельзя однозначно признать рациональность применения этой стали для рекомендуемых ГОСТом целей - секции кузовных штампов, дыропрошивные матрицы, матрицы и пуансоны вырубных и просечных штампов. Стали для этих целей должны обладать оптимальным сочетанием износостойкости и сопротивления усталостному разрушению. Полученный вывод можно распространить на все материалы и виды их термо- и поверхностных обработок, которые используются для изготовления деталей, работающих в сочетании нескольких разрушающих процессов.

3. Разработаны новые беззатратные и малозатратные способы увеличения долговечности инструмента, установленного на существующих прессах (рациональное расположение инструмента в штамповой зоне, выбор истории нагружения, минимизирующей усталостную деградацию материала его рабочих частей, торможение усталостного дефекта путем однократной перегрузки). Выполнены экспериментальные исследования предлагаемых способов, которые подтвердили их эффективность, что позволило без существенного увеличения материальных затрат и реконструкции прессов минимизировать расход инструментальных сталей и времени на переналадку инструмента.

4. Разработаны новые критерии выбора рациональных параметров сечений станин открытого типа, в том числе кривошипных прессов, учитывающие противоречивость требований повышения жесткости и долговечности при сохранении (снижении) металлоемкости станины. На основе предложенных критериев разработана новая методика выбора рациональных геометрических характеристик сечений станин открытого типа, обеспечивающих минимизацию износа и усталостной повреждаемости инструмента. Корректность полученных зависимостей подтверждена расчетами численными методами и натурными экспериментальными исследованиями. Новые критерии позволили создать конструкции станин открытого типа (с базовым сечением комбинированной формы, с базовым сечением прямоугольной формы с рационально расположением внутренней полости, с двумя штамповыми зонами), применение которых при той же (или сниженной) металлоемкости существенно повышает долговечность инструмента за счет уменьшения изгиб-ных деформаций стоек станин.

5. Впервые разработана методика составления карт допустимой и обнаруженной дефектности силовых деталей кузнечно-прессовых машин. Карта допустимой дефектности накладывается на карту обнаруженных дефектов, и с вероятностью, зависящей от надежности методов неразрушающего контроля, принятых методов расчета напряженно-деформированного состояния и определения механических свойств, делается вывод о возможности эксплуатации исследуемого объекта в предполагаемых режимах. Данная методика позволяет проводить обоснованную отбраковку дефектных деталей на стадии изготовления и избегать «перебраковки» (когда отбраковывается годная деталь, что приводит к большим материальным затратам и потере времени на изготовление новой детали) и «недобраковки» (когда пропущенный на стадии изготовления силовой детали дефект может вызвать аварийную ситуацию на производстве, вплоть до смертельных случаев).

6. Разработаны базисные компоненты системы автоматизированного проектирования станин открытого типа, где на стадии проектирования станины составляется карта допустимых дефектов, которые возможны при изготовлении крупногабаритных отливок. Это позволяет существенно сократить время не только на проектирование самой детали, но и на формирование параметров отбраковки.

7. Для штоков штамповочных молотов разработана новая методика оценки долговечности. На ее основе предложен критерий выбора сочетания материал-диаметр штока, позволяющий существенно увеличивать их долговечность. На основе предлагаемого критерия разработана новая технология изготовления штоков штамповочных молотов, включающая в себя обязательный анализ исходной заготовки и режимы ее предварительной термической обработки, требуемые режимы закалки после чистового точения, режимы шлифования и упрочнения, а так же расчет ожидаемой долговечности с учетом величины неизбежного остаточного прогиба после термоообработки. Применение разработанной технологии позволяет изготавливать штоки повышенной по сравнению с принятой на производстве технологией долговечностью, что позволяет минимизировать материальные затраты от простоя молотов и расхода штоковых сталей. 8. Предложенные подходы позволили:

- составить карту допускаемых технологических дефектов вновь проектируемой станины уникального многопозиционного гидравлического пресса-автомата, предназначенного для брикетированяи мелкодисперсных отходов доломита; которая будет использована для возможной отбраковки дефектных силовых деталей пресса на стадии изготовления;

- определить остаточный ресурс с рекомендациями по срокам дальнейших обследований главного цилиндра пресса силой 31,5 МН («Сентравис Про-дакшн Юкрейн», Украина, Днепропетровская обл., г. Никополь);

- составить карты допустимой эксплуатационной дефектности и обнаруженных дефектов станин реверсивных прокатных станов 5000 и 2800 ОАО «Северсталь». Полученные результаты показали, что на этих станах возможно внедрить новые технологии, требующие увеличения технологической нагрузки существенно выше номинальной, что позволило расширить технологические возможности этих машин без реконструкции рабочих клетей;

- составить карты допускаемой эксплуатационной дефектности и обнаруженных дефектов станины непрерывного прокатного стана 2000 ОАО «Северсталь». Полученные результаты показали, что на этом стане недопустимо без реконструкции стана проводить ранее планируемую прокатку сталей категории прочности Х70-Х100;

- для молотов с МПЧ 800 кг НПО «Труд» (Нижегородская область, Ва-ча) спроектировать и изготовить штоки повышенной долговечности (30 штук). Штоки были спроектированы с учетом рекомендаций данной работы, термо - и поверхностно обработаны по предлагаемой технологии. Срок их службы увеличился в 10-30 раз по сравнению с используемыми ранее.

9. Для учебного процесса разработан курс «Методы обеспечения надежности технологических комплексов для обработки металлов давлением для студентов, обучающихся по специальности 05.03.05 - «Технологии и машины обработки давлением».

10. Методические указания по расчетно-экспериментальному определению долговечности и остаточного ресурса внедрены в практику экспертных организаций Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору.

1. Махутов Н.А. Деформационные критерии разрушения и расчет элементов конструкций на прочность. М.: Машиностроение, 1981. — 271 с.

2. Лепихин A.M., Махутов Н.А., Москвичев В.В., Черняев А.П. Вероятностный риск-анализ конструкций технических систем. Новосибирск: Наука, 2003.-174 с.

3. Иванова B.C. Синергетика. Прочность и разрушение металлических материалов. М.: Наука, 1992. - 158 с.

4. Горицкий В.М. Диагностика металлов. М.: Металлургиздат, 2004. -402 с.

5. Москвичев В.В., Махутов Н.А., Черняев А.П. и др. Трещиностойкость и механические свойства конструкций и материалов технических систем. Новосибирск: Наука, 2002. - 334 с.

6. Прочность, ресурс и безопасность машин и конструкций / Под ред. Н.А. Махутова, М.М. Гаденина. М.: ИМАШ РАН, 2000. - 527 с.

7. Лепихин A.M., Москвичев В.В., Доронин С.В. Остаточный ресурс потенциально опасных объектов и методы его оценки по критериям механики разрушения// Заводская лаборатория. 1999. - №11. - С. 34-38.

8. Махутов Н.А. и др. Особенности применения методов анализа опасностей систем «человек-машина-среда» на базе нечетких множеств// Проблемы безопасности при чрезвычайных ситуациях. 2001. - №1. — С.99-110.

9. Доронин С.В., Бабушкин А.В. Вероятностные модели технологической дефектности кованых деталей // Труды Международной конферен-ции»Физико-технические проблемы Севера». Якутск, 2000. - 4.2.- С.253-261.

10. Сиратори М., Миеси Т., Мацусита X. Вычислительная механика разрушения. М.: Мир, 1986. - 334 с.

11. Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. Л.: Машиностроение, 1971. - 782 с.

12. Гребеник В.М. Усталостная прочность и долговечность металлургического оборудования. М.: Машиностроение, 1969. 256 с.

13. Palmgren A. Die lebensdauer von kugellagern // Z. Ver. Dtsch. Ind. -1924. -68.-S. 339-341.

14. Miner M.A. Experimental verification of cumulative fatigue damage // Automot. Aviat. Industr. 1945. - 93. P. 20-24.

15. Grover H.J. An Observation Concerning the Cycle Ratio in Cumulative Damage -Fatigue in Aircraft Structures, STP -274, American Society for Testing and Materials, 1960, p. 120-124.

16. Linhart V. Podklady a smernice pro unavove pevnosti vypocty. Vyzkumna zprava SVUM Z-74-3103. Praha, 1974.

17. Прошковец Й., Войтишек Я. Расчет долговечности элементов машин, нагружаемых переменными колебательными силами // Проблемы прочности. 1980. № 8. С.21-28.

18. Когаев В.П. Расчеты на прочность при напряжениях переменных во времени. М.: Машиностроение, 1993.364 с.

19. Henry D.L. Theory of Damage Accumulation in Steel ASME Transaction, 77 (1955), p. 913.

20. Battelle Memorial Institute, Prevention of Fatigue in Metals. -New York: John Wiley & Sons, 1941.

21. Gatts R.R. Application of Cumulative Damage Concept to Fatigue. ASME Transaction, 83, Series D, No. 4 (1961), P. 529-540.

22. Серенсен C.B. Об оценке долговечности при изменяющейся амплитуде переменных напряжений // Вестник машиностроения. 1944. № 7. С. 1 7.

23. Шашин М.Я. Оценка долговечности при изменяющейся амплитуде переменных напряжений // Вестник машиностроения. 1945. № 3. С. 3 — 11.

24. Brown G.W., Work С.Е. An evaluation of the influence of cyclic prestress-ing on fatigue limit. -Proceedings of ASTM, 1963, p. 706 -712.

25. Почтенный Е.К. Кинетическая теория механической усталости и ее приложения. Минск: Наука и техника, 1973. 203 с.

26. Corten Н.Т., Dolan T.J. Cumulative Fatigue Damage. Proceedings of International Conference on Fatigue of Metals. - ASME and IME (1956), p. 235.

27. Marco S. M., Starkey W.L. A Concept of Fatigue Damage. ASME Transactions, 76 (1954), p. 627.

28. Richart F.E., Newmark N. M. An Hypothesis for the Determination of Cumulative Damage in Fatigue. ASTM Proceedings, 48 (1946), p. 767.

29. Marin J. Mechanical Behavior of Engineering Materials. -Englewood Cliffs, N.J.: Prentice-Hall, 1962.

30. Сосновский JI.А. Статистическая механика усталостного разрушения. Минск: Наука и техника, 1987. 288 с.

31. Райхер B.J1. Гипотеза спектрального суммирования и ее применение к определению усталостной долговечности при действии случайных нагрузок // Проблемы надежности в строительной механике. — Вильнюс, 1968. С. 267273.

32. Когаев В.П., Гадолина И.В. Суммирование усталостных повреждений при вероятностных расчетах долговечности // Вестник машиностроения. 1989. №7. С. 3-7.

33. Когаев В.П., Гадолина И.В. Расчет деталей машин при нерегулярном режиме нагружения // Проблемы машиностроения и надежности машин. 1999. №5. С. 45-50.

34. Буглов Е.Г. Испытания на усталость и оценка эксплуатационной долговечности автомобильных полуосей // Механическая усталость в статистическом аспекте. М., 1969. С. 97-111.

35. Каталог оборудования для обработки листа и труб компании «Perytone Industrial». 2007. 140 с.

36. Каталог оборудования для обработки листа «Kami. Станкоагрегат». 2006. 30 с.

37. Корнилова А.В. Современное состояние предприятий отечественного кузнечно-прессового машиностроения // КШП. ОМД. 2006. №6. С. 17 25.

38. Марочник сталей и сплавов. Под ред. Сорокина В.Г. — М.: Машиностроение, 2006. 640 с.

39. Степанский Л.Г. Прогнозирование надежности деформирующего инструмента. М. :МГТУ «Станкин», 1995. 100 с.

40. Михаленко Ф.П. Стойкость разделительных штампов. М.: Машиностроение, 1982. 223 с.

41. Каргин В.Р. Эксплуатация и износ деформирующего инструмента. Куйбышев. 1991 г. 77 с.

42. Леник К.С., Фукс Рабинович Г.С., Кузнецов А.Н. О механизме изнашивания и разрушения рабочих частей вырубных штампов при штамповке высоколегированной элетротехнической стали // Кузнечно - штамповочное оборудование. 1988. № 12. С. 15 - 17.

43. Фукс Рабинович Г.С. Научные принципы выбора материалов для износостойкого режущего и штампового инструмента с учетом оптимизации структурного состава. Диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. - М., 1993. - 240 с.

44. Потапов В.А. Основные причины отказов и остановок оборудования для листовой и горячей объемной штамповки // Кузнечно-штамповочное производство. 1996. №9. С.41-42.

45. Титаренко Н.И. Точность системы пресс штамповый блок. - Киев.: Наукова думка, 1980. 139 с.

46. Корнилова А.В. Разработка рациональных конструкций станин прессов открытого типа. Дисс. на соискание ученой степ. канд. техн. наук. М., Станкоинструментальный институт, 1992. 140 с.

47. Артюхов В.П., Савченко В.И., Елистратов В.И., Майстренко A.JI., Олейник Г.В. Исследование распределения напряжений в рабочих элементах вырубных штампов методами фотоупругости // Кузнечно штамповочное производство. 1970. № 11. С. 24 - 27.

48. Романовский В.П., Долгов В.А., Мовшович И.Я. Исследование прочности и жесткости прямоугольных плит универсальных сборочных штампов методами моделирования // Кузнечно штамповочное производство. 1971. № 4. С. 19-21.

49. Зубцов М.Е. Листовая штамповка: Учебник для студентов вузов. 3-е изд. перераб. и доп. - Л.: Машиностроение. 1980. - 432 с.

50. Справочник конструктора штампов: Листовая штамповка/ Под ред. Л.И. Рудмана. М: Машиностроение. 1988. 496 с.

51. Скворцов Г.Д. Основы конструирования штампов для холодной листовой штамповки. Конструкции и расчеты. М: Машиностроение. 1972. 360 с.

52. Козлов Е.К. Аналитический метод определения упругих деформаций штамповых плит прессов // Кузнечно штамповочное производство. 1986. № 6. С. 26-27.

53. Мовшович И.Я., Заярненко Е.И., Кузнецова Л.Г. Методологические принципы математического моделирования штампов для листовой штамповки // КШП. ОМД. 2006. №2. С.26 -30.

54. Бых А.И., Кузнецова Л.Г., Мовшович А.Я. Напряженно деформированное состояние вырубных матриц специализированных переналаживаемых штампов // КШП. ОМД. 2004. № 8. С. 30 - 34.

55. Тарасов А.Ф., Короткий С.А. Расчет элементов штампов с использованием пакета конечно — элементного анализа «Cosmos/ Works» // КШП. ОМД. 2004. №8. С. 27-33.

56. Тарасов А.Ф., Короткий С.А. Влияние конструкции штампа на деформацию- элементов штампового блока и рабочего инструмента штампа // КШП. ОМД. 2006. № 5. С.34 37.

57. Sherde Mattias. Biological micro and nanotribology. Springer.: Nature's Solution. 2001. 120 p.

58. Попов E.A. Основы теории листовой штамповки. М.: Машиностроение. 1997.-278 с.

59. Кузнецов С.В. Исследование поперечных сил в оборудовании и технологических процессах обработки металлов давлением. Дисс. на соискание ученой степ. канд. техн. наук Нижний Новгород, 2004. 120 с.

60. Wheeler D. Е. Spectrum Loading and Crack Growth. ASME Paper № 71 -Met, January 1972. P. 30-37.

61. Benvi S.A. Hidegsajtolo vagosverszamok elletortamnormal "Gep" P. 390.

62. Межгосударственный стандарт. ГОСТ 30638-99. Трибофатика. Термины и определения. Межгосударственный Совет по стандартизации, метрологии и сертификации. 1999. 17 с.

63. Межгосударственный стандарт. ГОСТ 30754-2001. Трибофатика. Методы износоусталостных испытаний. Испытания на контактно-механическую усталость. Межгосударственный Совет по стандартизации, метрологии и сертификации. 2002. 32 с.

64. СТБ 1233-2000. Трибофатика. Методы износоусталостных испытаний. Ускоренные испытания на контактно-механическую усталость. Минск: ГОССТАНДАРТ. 2000. 8 с.

65. СТБ 1448-2004. Трибофатика. Методы износоусталостных испытаний. Испытания на фрикционно-механическую усталость. Минск: ГОССТАНДАРТ. 2004. 14 с.

66. Межгосударственный стандарт. ГОСТ 30755-2001. Трибофатика. Машины для износоусталостных испытаний. Общие технические требования. Межгосударственный Совет по стандартизации, метрологии и сертификации. 2002. 8 с.

67. СТБ 1234-2000. Трибофатика. Системы силовые. Статистические показатели. Минск: ГОССТАНДАРТ. 2000. 20 с.

68. Махутов Н.А. Конструкционная прочность, ресурс и техногенная безопасность, часть 1. Новосибирск: Наука, 2005. -500 с.

69. Сосновский JI.A. Основы трибофатики. Ч. 1-2. Гомель: БелГУТ, 2003. — 246 с.

70. Морозов Е.М., Никишков Г.П. Метод конечных элементов в механике разрушения. М., Наука, 1980. 117 с.

71. Paris Р.С., Sih G.C. Stress analysis of cracks. ASTM STP 381. 1965. P. 30-81.

72. Броек. Д. Основы механики разрушения. М., Высшая школа, 1980. 368 с.

73. Rice J.R., Rosengren G.F. Plane strain deformation near a crack tip in a power-law hardening material // Mech. Phys. Sol. 1968 № 16. С. 1 25.

74. Махутов Н.А. Сопротивление элементов конструкций хрупкому разрушению М.: Машиностроение, 1973. - 200 с.

75. Штаерман И.Я. Контактные задачи теории упругости. M.-JI.: Изд-во технико теоретич. лит-ры, 1949. 200 с.

76. Крагельский И.В. Трение и износ. М.: Машиностроение, 1968. 480 с.

77. Коллинз Дж. Повреждение материалов в конструкциях. Анализ, предсказание, предотвращение: Пер. с англ. -М.: Мир, 1984. 624 с.

78. Su Y.L., Yao S.H., Wei C.S. Et al. Influence of single and -multiplayer TiN films on axial tension and fatigue performance of AISI 1045 stell // Thin Solid Films. 1999. №> 338. p. 174 - 184.

79. Максимович Г.Г., Шатинский В.Ф., Копылов В.И. Физико-химические процессы при плазменном напылении и разрушении материалов с покрытиями. Киев, Наукова думка, 1983. 260 с.

80. Ребиндер П.А. Физико — химическая механика дисперсных структур. — М.: Наука. 1966. 347 с.

81. Rooke D., Jones D. Stress intensity factors in fretting fatigue. J. Strain Anal., 1979, 14, P. 1 - 6.

82. Икрамов У.А. Расчетные методы оценки абразивного износа. М.: Машиностроение, 1987. 281 с.

83. Математическое моделирование процессов разрушения разделительного инструмента //Известия Тульского Государственного университета. Серия «Механика деформированного твердого тела и обработка материалов давлением». Выпуск 1. 2006. С.323-333.

84. Корнилова А.В. Методика определения долговечности (стойкости) инструмента для холодной листовой штамповки // Сборник избранных трудов Российской школы «Наука и технологии» серия «Технология и машины обработки давлением». 2006. С. 121-128.

85. Корнилова А.В. Определение долговечности инструмента для холодной листовой штамповки по критериям трибофатики //Проблемы машиностроения и надежности машин. 2006. №2. С. 88-94.

86. Корнилова А.В. Некоторые подходы к оценке долговечности инструмента для холодной листовой штамповки // КШП. ОМД. 2007. №1. С. 16-23.

87. Корнилова А.В. Пути повышения долговечности инструмента для разделительных операций // КШП. ОМД. 2004. № 11. С. 18 31.

88. Корнилова А.В. Некоторые подходы к созданию методики выбора необходимого количества штампов-дублеров // КШП. ОМД. 2006. №9. С. 16-21.

89. Фишберн П. Теория полезности для принятия решений: Пер. с англ. -М. Наука. Гл. ред. физ. мат. лит., 1978. - 352 с.

90. Корнилова А.В. Методика проектирования инструмента ограниченной долговечности // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2005. №3. С. 76-81.

91. Геллер Ю. А. Инструментальные стали. М.: Металлургия, 1975. 370 с.

92. Геллер Ю. А. Инструментальные стали. М.: Металлургия, 1983. 460 с.

93. ГОСТ 5959-2000. Прутки, полосы и мотки из инструментальной легированной стали. Общие технические условия. М.: Изд-во стандартов, 2000. 25 с.

94. Марочник стали и сплавов. Под ред. Зубченко А.С. М.: Машиностроение, 1977. 380 с.

95. Серия «Международная инженерная энциклопедия». Международный транслятор современных сталей и сплавов. Под ред. В. С. Кершенбаума. Том 1. -М.: Машиностроение, 1992 г. 480 с.

96. Марочник стали и сплавов. Под ред. В. Г. Сорокина. М.: Машиностроение, 1989. 540 с.

97. ГОСТ 25.506-85. Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний металлов. Определение характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при статическом нагружении. М.: Изд-во стандартов, 1985. 40 с.

98. ГОСТ 1497-84. Металлы. Методы испытания на растяжение. М.: Изд-во стандартов, 1985. 20 с.

99. Вентцель Е.С. Теория вероятности. М.: Наука, 2003. 576 с.

100. ГОСТ 9454-78. Металлы. Метод испытания на ударный изгиб при пониженных, комнатной и повышенных температурах. М.: Изд-во стандартов, 1978. 40 с.

101. ГОСТ 25.502-79. Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний металлов. Методы испытаний на усталость. М.: Изд-во стандартов, 1980. 25 с.

102. ASTM Е 647-93. Standard Test Method for Measurement of Fatigue Crack Growth Rates. Annual Book of ASTM Standards, volume 03.01.

103. Корнилова A.B. К вопросу о применимости стали Х12МФ для разделительных штампов //Сборник трудов «Неделя металлов». 2006. С.67-74.

104. ГОСТ 9408-89. Прессы однокривошипные простого действия открытые. Параметры и размеры. Нормы точности. . М.: Изд-во стандартов, 1989. 40 с.

105. Свистунов В.Е., Каржан В.В., Чагин Б.И. и др. Кривошипные прессы для разделительных операций М.: НИИмаш. - 1978. 64 с.

106. Das steifigkeisverhalten von С gestel. Exterpressen bci mittiger unolaussermittiger. Belasting Mohamad. Djavad Dokt. - Jng. Mashinenw, Uniw. Hanover. - 1981. 140 p.

107. Ланской E.H. Исследование жесткости кривошипных двухстоечных прессов открытого типа. Дисс. на соискание ученой степ. канд. техн. наук. -М., Станкоинструментальный институт, 1954. 121 с.

108. Ланской Е.Н. Основы теориии жесткости кривошипных прессов. Дисс. на соискание ученой степ, доктора техн. наук. — М., Станкоинструментальный институт, 1971. 250 с.

109. Morgenstern К. Werkstoffsparende Auslegunde von Pressengeesttsllen I I Mashinenbautehnik. 1975. № 11. P. 486-490.

110. Кривошипные кузнечно-прессовые машины. Под ред. В.И. Власова. — М.: Машиностроение, 1982. 424 с.

111. Абакшин Д.М. Экспериментальное исследование напряжений и деформаций в базовых деталях кривошипных прессов// Кузнечно-штамповочное производство. 1961. № 4. С. 23-30.

112. Кругликов B.C. Выбор оптимального варианта направляющей базы при вырубке на прессах открытого типа и определение его рентабельности // Материалы семинара МДНТП. Эффективность процессов горячей и холодной штамповки. 1970. С. 123-128.

113. Фейгин М.М., Кокоулин В.П. О выборе оптимальной угловой жесткости станин прессов открытого типа // Кузнечно-штамповочное производство. 1966. № 11. С. 31-35.

114. Качанов А.П. Исследование упругих деформаций системы пресс-штамповый блок. Дисс. на соискание ученой степ. канд. техн. наук. Краматорск, ДГМА. 1978. - 241 с.

115. Касымкулов С.К. Деформируемость станин открытых прессов. Разработка методики расчета и оптимизации конструкций. Дисс. на соискание ученой степ. канд. техн. наук. М., Станкоинструментальный институт, 1984.- 195 с.

116. Olivo G. Prufung der statistischen steife von Exzeterung Kurbel-pressen. Mashinenbautehnik. 1964. № 7. P. 345-352.

117. Ефимов E.B., Корнилова A.B. Силовой расчет механизма листоприжи-ма с разрывом кинематических связей для однокривошипного пресса двойного действия // Рукопись депонированная ВНИИТЭМР № ЗОЮ от 30.08.1986.

118. Корнилова А.В. Кинематический расчет механизма листоприжима с разрывом кинематических связей для однокривошипного пресса двойного действия // Рукопись депонированная ВНИИТЭМР № 4987 от 20.11.1987.

119. Ланской Е.Н., Банкетов А.Н. Элементы расчета деталей и узлов кривошипных прессов. — М.: Машиностроение, 1966. — 379 с.

120. Банкетов А.Н., Ланской Е.Н. Кузнечно-штамповочное оборудование. -М.: Машиностроение, 1982. -576 с.

121. Патент ФРГ № 1817816. Устройство, обеспечивающее беззазорное соединение ползуна с направляющими. МКИ F 16 С 29/12. 1972.

122. Корнилова А.В. Система, обеспечивающая движение ползуна кривошипного пресса без перекоса // Сб. депонированных научных работ. М.: 1990. № 12. С. 7-27.

123. Корнилова А.В., Юркевич В.В. Устройства для управления траекторией формообразующих элементов станка //Техника машиностроения. 2002. №4. С. 15-24.

124. Патент ПНР № 58923. С образная станина пресса. МКИ В 30 В 15/04. 1980.

125. Патент ГДР №> 133920. С образная станина пресса. МКИ В 30 В 15/04. 1983.

126. Вторая всемирная выставка металлообрабатывающего оборудования. Каталог оборудования. Гановер. 1973. 120 с.

127. А.с. СССР № 63106. Способ увеличения угловой жесткости С-образной станины пресса. МКИ В 30 В 15/04. 1983.

128. Ланской Е.Н. Выбор рациональных размеров сечения станин открытого типа // Исследования в области штамповочного прпоизводетва. Сб. трудов Мосстанкина. -М.: Машгиз. 1960. № 5. С. 49-56.

129. Абакшин Д.М., Кокоулин В.П. Исследование жескости системы станина-ползун-направляющие-инструмент открытого типа // Машины итехнология обработки металлов давлением. Сб. научн. трудов Омского политехнического института. Омск, 1967. С. 71-88.

130. Васильев В.В. Исследование прочности галтельных переходов несущих деталей тяжелых прессов // Кузнечно-штамповочное производство. 1962. №8. С. 29-33.

131. Андронов Г.Ф. Оптимизация угловых переходов станин одностоечных гидравлических прессов // Кузнечно-штамповочное производство. 1971. №9. С. 25-29.

132. Петров В.Б., Преображенский Н.Н., Тарабасов Н.Д. Исследование напряженно-деформированного сотсония станин прессов открытого типа // Расчеты на прочность. -М.: Машиностроение. 1983. Вып. 3. С. 48-60.

133. Lehman Th. Zur Berechung vom С Gestelltm Ronstruktion // Mashinenbautehnik. - 1959. № 2. P. 86-97.

134. Типовой расчет кривошипных прессов. Руководящие материалы ЦБКМ. Москва. 1966. 150 с.

135. Отчет по научно-исследовательской работе № К-56-5 «Исследование деформаций и напряжений в станинах кривошипных горячештамповочных прессов и разработка типовой методики расчета». Воронеж.: ЭНИКмаш. 1958. 328 с.

136. Воронин В.Г., Рабинович И.Б. Расчет сварных станин одностоечных прессов на жесткость/УКузнечно-прессовое производство. 1968. № 5.С. 38-40.

137. Дегтярев В.И., Носкова В.О. К расчету станин горячештамповочных прессов // Кузнечно-прессовое производство. 1979. № 2.С. 18-22.

138. Кокоулин В.П. Исследование на жесткость станин открытых кривошипных прессов. Дисс. на соискание ученой степ. канд. техн. наук. -Омск, ОПИ, 1967. 150 с.

139. Андронов Г.Ф. Исследование жесткости и прочности станин гидравлических прессов. Дисс. на соискание ученой степ. канд. техн. наук. -М., Станкоинструментальный институт, 1971. 295 е.

140. Кокоулин В.П. Расчет несущих пластин сварной станины кривошипного пресса / Машины, технология обработки металлов давлением и литейного производства. Омск. 1979. С. 20-31

141. Пряхин В.А., Ткачев Г.А. Расчет станин прессов открытого типа методом сеток // Кузнечно-штамповочное производство. 1970. № 5. С. 28-29.

142. Tureak J. Culcul tensihilor statice din peretri. Nout. mec.apl. si constr. mas. 1975. A. 17. P. 79-86.

143. Будман М.И., Кагаловский Ф.И., Славицкий-Котвицкий .С. К расчету станин прессов // Кузнечно-штамповочное производство. 1971. № 8. С. 14-15.

144. Ланской Е.Н. Общий метод анализа жесткости прессов для объемной штамповки // Кузнечно-штамповочное производство. 1968. № 5. С. 29-32.

145. Власов В.И., Рябов В.Г. Резервы повышения точности однокривошипных прессов // Кузнечно-штамповочное машиностроение. М.: НИИмаш. 1974. №4. С. 10-15.

146. Розенблат В.И., Новокщенов J1.T. Предпроектные исследования базовых деталей тяжелых прессов // Кузнечно-штамповочное производство. 1985. № 11. С. 16-19.

147. Игнатовский В.М., Пригоровский Н.И. Моделирование и методика исследования тензометрических моделей кривошипных прессов // Кузнечно-штамповочное производство. 1983. № 3. С. 32-34.

148. Силанов В.И. Оптимизация геометрических размеров стола станины пресса // Кузнечно-штамповочное производство. 1982. № 1. С. 31-33.

149. Гольник Э.Р., Рукин Ю.Б., Новокщенов JI.T. Определение МКЭ напряженно-деформированного состояния ползунов в условиях контактного взаимодействия с плитами штампа и гидроопорами // Кузнечно-штамповочное производство. 1986. № 2. С. 29-32

150. Беляничев С.А., Ланской Е.Н., Савинов Е.А. Совершенствование конструкций станин прессов по критерию металлоемкости // Кузнечно-штамповочное производство. 1985. № 10. С. 4-6.

151. Корнилова А.В. Методы расчета станин открытого типа // Рукопись депонированная ВНИИТЭМР № 6989 от 28.11.1990.

152. Беляев Н.М. Сопротивление материалов.М.: Наука. 1978. 607 с.

153. Корнилова А.В., Ланской Е.Н., Цой В.П. К расчету открытых станин кривошипных прессов // Кузнечно—штамповочное производство. 1991. №2. С. 15-20.

154. Корнилова А.В. К вопросу о проектировании станин открытых кривошипных прессов // Сборник научных трудов «Системы пластического деформирования» МГТУ «Станкин». 2004 . С. 40-47.

155. Корнилова А.В., Непершин Р.И. Оптимальное проектирование сечения стоек станин открытых прессов // Сборник трудов международной школы-семинара «Современные проблемы механики и прикладной математики» (РАН). Воронеж. 2007. С.95-107.

156. Ланской Е.Н., Корнилова А.В. Станина открытого типа. Патент РФ № 452213/27. Опубл. БИ. 1994. № 12. С. 16. .

157. Живов Л.И., Бичевой А.Ф. Рациональные резервы использования универсальных кривошипных прессов для вырубных операций // Сб. "Технология и организация производства". — Киев. 1968. №4. с. 18 -27

158. Корнилова А.В. Положительное решение о выдаче патента по заявке № 2007125275.МПК В30В 1/26, В30В 15/04 «Кривошипный пресс открытого типа».

159. Кирдеев Ю.П., Корнилова А.В. Обеспечение надежности машин. Учебное пособие. М.: Издательский центр МГТУ «СТАНКИН», 2002. 140 с.

160. Кирдеев Ю.П., Корнилова А.В. Экспериментальное определение напряжений в деталях машин. Методическое пособие к выполнению лабораторных работ. -М.: Издательский центр МГТУ «СТАНКИН» 2002. 40 с.

161. Кирдеев Ю.П., Корнилова А.В. Многокритериальная оценка долговечности базовых деталей кузнечно-прессовых машин // КШП. ОМД. 2004. № 9. С. 15-31.

162. Корнилова А.В. К вопросу об определении остаточного ресурса по критерию многоцикловой усталости //Безопасность труда промышленности. 2008. №6. С. 31-39.

163. Лепихин A.M., Москвичев В.В., Шокин Ю.И. Моделирование прочности и разрушения несущих конструкций технических систем. -Новосибирск.: Наука. 2005. 250 с.

164. Forli О. Development and optimization of NDT for practical use Optimal NDT efforts and use of NDT results // Proceeding of 5-th Nordiska NDT (Esbo) Finland. 1990. P. 90- 107.

165. Неразрушающий контроль и диагностика / Справочник под. ред. Клюева В.В. М.: Машиностроение, 1995. 488 с.

166. Доронин С.В., Чурсина Т.А. Влияние распределения начальной дефектности на сценарий развития аварийной ситуации // Проблемы машиностроения и надежности машин, 2004, № 6, С. 99- 104.

167. Захарченко Э.В., Левченко Ю.Н., Горенко В.Г., Вареник П.А. Отливки из чугуна с шаровидным и вермикулярным графитом. Киев: Наукова думка, 1986. 320 с.

168. Сильман Г.И. Термодинамика и термокинетика структуре образования в чугунах и сталях. М.: Машиностроение, 2007. 302 с.

169. Литовка В.И. Повышение качества чугуна в отливках. Киев: Наукова думка, 1987. 208 с.

170. Головин А.В. Влияние пористости на упругие свойства металлов. Автореферат диссер. на соискание ученой степени к.ф.-м.н. Барнаул. 1996. 18 с.

171. Ольховик Е.О. Исследование влияния усадочной пористости и параметров структуры на изменение механических свойств в отливках ответственного назначения, из углеродистой стали. Автореферат на соискание ученой степени к.т.н. СПб. 2005. 19 с.

172. Овчиннников А.В. Приближенная формула определения коэффициентов интенсивности напряжений Ki для тел с поверхностными трещинами // Проблемы прочности. 1986. № 11. С. 44 47.

173. Овчиннников А.В. Приближенная формула определения коэффициентов интенсивности напряжений Ki для тел с подповерхностными трещинами // Проблемы прочности. 1986. № 11. С. 41 43.

174. Хенли Э., Кумамото X. Надежность технических систем и оценка риска. М.: Машиностроение, 1984. 528 с.

175. Корнилова А.В. Новые подходы к проектированию станин открытых кривошипных прессов открытого типа // Тяжелое машиностроение. 2005. №2. С. 2-6.

176. Сивак Б.А., Корнилова А.В. Определение общей долговечности и остаточного ресурса деталей металлургических машин // Тяжелое машиностроение. 2005. №3. С. 9-11.

177. Корнилова А.В. Методика определения долговечности и остаточного ресурса базовых деталей долговечности базовых деталей кузнечно-прессовых машин // КШП. ОМД. 2005. №5. С. 11-16.

178. Komilova A.V. Practical aspects of the determination of the allowable tech-nogical defectiveness// Proceedings of the Colloguium "Mechanical fatigue of metals" 2006. P.393-399.

179. Корнилова А.В. Проблемы математического моделирования технологической дефектности базовых деталей кузнечно-прессовых машин // КШП. ОМД. 2007. №2. С. 21-30.

180. Корнилова А.В. Применение риск-анализа при определении оптимального сочетания видов неразрушающего контроля // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2007. №3. С.69-76.

181. Корнилова А.В. К вопросу о комбинировании методов неразрушающе-го контроля // Безопасность труда в промышленности. 2007. №6. С. 15-20

182. Сильверстов И.Н., Корнилова А.В. Этапы оценки технического состояния металлургического оборудования //Безопасность в промышленности. 2006. №2. С. 36-44.

183. Гарцман С.Д., Карпухин И.И., Корнилова А.В. Влияние увеличения скорости деформирования на коэффициент восстановления скорости при ударе//КШП. ОМД. 2008. №10. С. 21-22.

184. Гарцман С.Д., Карпухин И.И., Сильверстов И.Н., Корнилова А.В. Определение твердости деталей машин на основе применения методов расчета на удар // Сборник трудов XV Симпозиума (РАН) "Динамика виброударных (сильно нелинейных) систем. 2006. С. 77-81.

185. Патент РФ № 2315280 G01N 3/52. Способ определения твердости твердости материала в точке рабочей поверхности цельного металлического изделия // Гарцман С.Д., Карпухин И.И., Корнилова А.В., Сильверстов И.Н.

186. Положительное решение о выдаче патента по заявке № 20071412400/28(045141). G01N 3/52. Способ определения твердости поверхности опертой по контуру металлической пластины// Гарцман С.Д., Карпухин И.И., Корнев Н.К., Корнилова А.В., Сильверстов И.Н.

187. Пойменов И.А. Анализ изломов разрушенных штоков штамповочных молотов // Кузнечно — штамповочное производство. 1969. № 11. С. 31 33.

188. Саидов Г.И., Морозов Е.М., Кукин В.И., Назукин В.И. Пути повышения стойкости штоков паровоздушных молотов // Кузнечно штамповочное производство. 1996. № 7. С. 26 - 28.

189. Кирдеев Ю.П., Корнилова А.В. Выбор диаметра штока молота // Куз-нечно штамповочное производство. 1996. № 7. С. 28 — 30.

190. Кирдеев Ю.П., Корнилова А.В. Повышение долговечности штоков молотов // Кузнечно штамповочное производство. 1994. № 5. С. 21 - 22.

191. Власов А.В. Расчет напряжений и оценка долговечности штока штамповочного молота // Кузнечно штамповочное производство. Обработка металлов давлением. 1998. № 12. С. 16-20.

192. Постовалов В.П. О влиянии технологии штамповки на напряженное состояние штока штамповочных молотов // Кузнечно — штамповочное производство. 1969. № 5 . С. 33 34.

193. Корнилова А.В. О выборе материалов для изготовления штоков горячештамповочных молотов двойного действия // КШП. ОМД. 2005. №9. С. 3641.

194. Корнилова А.В. Долговечность штоков шаботных молотов // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2005. №6. С. 84-89.

195. Корнилова А.В., Карпухин И.И. Пути повышения долговечности штоков штамповочных молотов // Сборник докладов международной конференции по теории механизмов и машин. Краснодар. 2006. С. 243 245.

196. Корнилова А.В. Пути повышения долговечности штоков штамповочных молотов //Тяжелое машиностроение. 2006. №11. С.28-32.

197. Корнилова А.В. Определение долговечности деталей передаточного механизма штамповочных машин ударного действия // Сборник трудов XV Симпозиума (РАН) "Динамика виброударных (сильно нелинейных) систем. 2006. С. 151-157.

198. Одинг И.А. Допускаемые напряжения в машиностроении и циклическая прочность металлов. М. Машгиз, 1962. 260 с.

199. Бидерман B.JI. Теория механических колебаний. М.: Высшая школа, 1980. 408 с.

200. Нейбер Г. Концентрация напряжений. M.-JL: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1947. 204 с.

201. Механика разрушений и прочность материалов. Т. 4 / Под. общей ред. Панасюка В.В. Киев: Наук. Думка, 1988 1990. 680 с.

202. Партон В.З., Борисковский В.Г. Динамика хрупкого разрушения. М.: Машиностроение, 1988. 240 с.

203. Wells А.А. The specification of permissible defects sizes in welded metal structures // Proceeding Second International Conference of Fracture. Brighten. Champman and Hall Ltd. London. P. 868.

204. Stanton Т., Batson R. Min. Of Proc. Inst. Siv. Eng. 211 (1920/1921). P.468-470.

205. Bilek Z. Dynamic Fracture Toughness of structural Conference of Fracture.// 5-th Oxford. Cannes. 1987. P. 1027-1034.

206. Kobayasi A.S., Ramulu M.R. Dadkhan M.S., K-H.Yang, Kang B.S.J. Dynamic fracture toughness // International Journal of Fracture. 30 (1986). P. 275285.

207. Knorovsky G. A. Strain-Rate Effects on the Ductile. Brittle Transition in the Steels // Fracture Mechanics. 6-th Symposium ASTM. STP 868, M.F. Philadelphia. 1985. P. 569 -596.

208. Damage Tolerance in Aircraft Structures./ ASTM STP 486. 1971. 251 p.

209. Wells A.A. The specification of permissible defects sizes in welded metal structures // Proceeding Second International Conference of Fracture. Brighten. Champman and Hall Ltd. London. P. 868.

210. Керштейн И.М. и др. Основы экспериментальной механики разрушения. М.: издательство МГУ, 1989. 140 с.

211. Иванова B.C. Оптимальная и предельная прочность конструкционной стали в условиях жесткого нагружения. М.: Изд. ин-та им. А.А. Байкова, 1973. 150 с.

212. Школьник Л.М., Шахов В.И. Технология и приспособления для упрочнения и отделки. М.: Машиностроение, 1964. 183 с.