автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Разработка, научное обоснование и реализация новых способов изготовления заготовок сложной конфигурации большегрузных автомобилей горячим пластическим деформированием

Министерство образования Республики Беларусь БЕЛОРУССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ПОЛИТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

РГБ ОД

УДК 629.114

2 2 ЦЕН 7181

ТОМИЛО Вячеслав Анатольевич

РАЗРАБОТКА, НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ И РЕАЛИЗАЦИЯ НОВЫХ СПОСОБОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗАГОТОВОК СЛОЖНОЙ КОНФИГУРАЦИИ БОЛЬШЕГРУЗНЫХ АВТОМОБИЛЕЙ ГОРЯЧИМ ПЛАСТИЧЕСКИМ ДЕФОРМИРОВАНИЕМ

05.16.05 - Обработка металлов давлением

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Минск 2000

Работа выполнена в Белорусской государственной политехнической академии.

Научный руководитель -

академик НАНБ, доктор технических наук, профессор, лауреат Государственной премии БССР A.B. СТЕПАНЕНКО.

Официальные оппоненты:

академик НАНБ, доктор технических наук, профессор В.В. КЛУБОВИЧ,

кандидат технических наук, старший научный сотрудник В .А. КЛУШИН.

Оппонирующая организация - Минский автомобильный завод.

Защита состоится 24 ноября 2000 года в 14й2 часов на заседании совета по защите диссертаций Д 02.05.06 в Белорусской государственной политехнической академии по адресу: 220027, г. Минск, пр. Ф. Скорины, 65, корп. 1, ауд. 202, тел. 232-24-04.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Белорусской государственной политехнической академии.

Автореферат разослан « ^ ^ » ОССбСЬр 12000 г.

Ученый секретарь совета по защите диссертаций Д 02.05.06,

доктор технических наук, доцент

© Томило В.А., 2000

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Настоящая работа посвящена решению важной народнохозяйственной задачи получения профилированных по длине трубчатых, полосовых и фасонных заготовок для балки заднего и переднего мостов и деталей пневмоподвески большегрузных автомобилей на основе разработки и исследования новых способов деформирования, создания и в- едре-ния экономически эффективных технологических процессов и оборудования для их реализации.

Актуальность темы диссертации. Одним из основных направлений экономического развития Республики Беларусь является необходимость обеспечения снижения материалоемкости и энергоемкости, улуч' шения качества выпускаемой продукции, повышения ее конкурентоспособности на внешнем рынке, повышения уровня специализации и кооперирования производства, широкого использования малоотходных, безотходных и энергосберегающих технологий. Дня решения этих задач требуется внедрение новых конструкций, модернизация существующих технологий и оборудования

Большое место эти вопросы занимают в автомобильной промышленности, где особое внимание уделяют не только созданию новых видов автомобильного транспорта, но и разработке прогрессивных технологий изготовления основных узлов и деталей автомобиля, в частности подвесок, ведущих и управляемых мостов. Так, например, существующие технологии изготовления балок и картеров мостов приводят к тому, что материалоемкость передних и задних мостов двухосных грузовых автомобилей с одним ведущим мостом составляет 12,5-18% собственной массы ненагруженного автомобиля, а у трехосных автомобилей со всеми ведущими колесами эта величина достигает 19-25%.

Широкое практическое внедрение в машиностроении малоотходных технологий может быть осуществлено за счет уменьшения потреб--ления традиционных сортаментов проката черных и цветных металлов путем использования более экономичных фасонных профилей, производимых непосредственно на машиностроительных предприятиях. Большие возможности в этом отношении имеет периодическая прокатка, которая позволяет максимально приблизить размеры и форму заготовки к геометрическим параметрам самого изделия. При тгом значительно повышается коэффициент использования материала,■ снижается себестоимость выпускаемой продукции, увеличивается производительность, сокращается количество кузнечно-штамповочного оборудования и технологической оснастки. Наиболее ощутимыми оказались достижения периодической прокатки в производстве элементов подвески, а точнее, при изготовлении направляющих опор пневмоподвески, широко применяемых в последнее время в различных транспортных средствах. В то же время, несмотря на очевидные преимущества пневмоподвески, отечест-

венная промышленность по ряду причин еще не смогла освоить широкое промышленное ее производство. Основным препятствием для массового внедрения пневмоподвески долгое время являлось отсутствие эффективных технологий изготовления направляющих элементов. По многом это сдерживается сложностью самого процесса периодической прокатки, отличающегося нестационарными условиями формообразования, а именно: переменное обжатие полосы по длине, различные температурные условия в начале и в конце процесса деформирования, наличие изменяющейся величины опережения и другие факторы. В связи с этим существенно усложняется расчет геометрии деформирующего инструмента и конструкции технологического оборудования.

На основе проведенного анализа имеющихся технологических схем получения заготовок сложной конфигурации для производства пе-' реднего и заднего мостов и упругих элементов подвески можно сделать вывод, что все они обладают целым рядом общих недостатков, главные из которых следующие:

- трудность обеспечения заданной точности размеров и формы получаемым изделиям;

- сложность технологического оборудования;

- относительно невысокая производительность процесса.

Таким образом, существующие технические решения не в полной

мере отвечают требованиям производства, хотя экономическая целесообразность применения пневмоподвески в транспортных средствах бесспорна. В связи с этим напрашивается вывод о необходимости проведения дальнейших исследований в направлении разработки новых технологических схем, позволяющих получать заготовки крупногабаритных и металлоемких автомобильных детален с переменным по длине профилем, регламентированными геометрическими параметрами и прогнозируемыми эксплуатационными свойствами.

Связь работы с крупными научными программами и темами.

Часть исследований, приведенных в диссертации, выполнялась в соответствии с республиканскими и внутривузовскими госбюджетными темами: 131.95 Р/76П «Разработать способ и технологию формоизменения упругих элементов подвески транспортных средств, обеспечивающих регулирование их усталостной прочности в широких пределах», П"> 322/2.05 «Разработка и научное обоснование технологии формообразования полосовых заготовок переменной толщины», ГБ 99-11 «Разработка нового способа получения направляющих элементов пневмоподвески с высокой размерной точностью», ГБ 99-43 «Разработка теоретических основ деформирования периодического профиля заготовок передней балки автомобилей МАЗ».

Цель н задачи исследования. Целыо работы является разработка и внедрение научно обоснованных эффективных способов, технологий и

оборудования для получения заготовок сложной конфигурации переднего и заднего мостов и упругих элементов подвески.

В соответствии с целью работы необходимо было решить следующие задачи:

1. Разработать,- научно обосновать и экспериментально исследовать способы раздачи трубчатой заготовки, позволяющие получать балку картера ведущего моста большегрузных автомобилей.

2. Разработать технологический процесс изготовления балки картера ведущего моста предложенным способом и провести его промышленное апробирование.

3. Разработать, научно обосновать и экспериментально исследовать способы периодической прокатки полосовых заготовок со значительными перепадами толщин.

4. Разработать те <нологический процесс и оборудование для изготовления направляющих элементов пневмоподвески предложенным способом и провести его промышленное апробирование.

5. Разработать, научно обосновать и экспериментально исследовать способы периодической прокатки фасонных заготовок.

6. Разработать технологический процесс и оборудование для изготовления заготовки под штамповку передней балки автомобилей МАЗ предложенным способом и провести его промышленное апробирование.

Объект и предмет исследования. В качестве объекта исследований использовались рессорная и конструкционные стали, а также технически чистый свинец для моделирования процесса горячей прокатки и раздачи стальных заготовок.

Предметом являются способы и технологии получения деталей сложной конфигурации для автомобильной промышленности методом горячей пластической деформации.

Методология и методы проведенного исследования. Методология исследования заключается в том, что процесс формоизменения трубчатых заготовок рассматривали во взаимосвязи теоретического и экспериментального анализа схем раздачи с искусственным повышением пластичности отдельных участков заготовки путем изменения схемы напряженного состояния и обеспечением стабильности кинематики процесса за счет применения местного"нагрева заготовки. При исследовании периодической прокатки анализировалось влияние различных схем прокатки на технологические возможности процесса получения полосовых и фасонных заготовок.

Экспериментальные исследования проводили на универсальной испытательной машине УММ-100, лабораторном двухвалковом прокатном стане и на экспериментальной установке с гидравлическим приводом подвижной оправки и одним холостым валком.

Эффективность новых способов оценивали в сравнении с существующими схемами прокатки и раздачи.

Кинематические и энергосиловые параметры процесса прокатки и раздачи определяли по общепринятой методике с использованием современной аппаратуры и приборов (тензометрический усилитель "То-паз-3", самопишущий прибор Н338-6 и др.).

Научная новизна и значимость полученных результатов.

Предложены и научно обоснованы способы изготовления балки .картера ведущего моста, заключающиеся в местном нагреве и раздаче толстостенной трубы с искусственным повышением пластичности путем изменения схемы напряженного состояния отдельных участков заготовки, наиболее склонных к разрушению, Исследовано влияние схемы на-гружения на предельные возможности раздачи трубчатых заготовок. Разработаны технология И штампы для изготовления балки картера ведущего моста.

Предложены и научно обоснованы способы продольной периодической прокатки заготовок со значительным перепадом толщин для направляющих элементов пневмоподвески. Исследовано влияние различных схем прокатки на энергосиловые параметры процесса. Разработана технология и оборудование для изготовления заготовок направляющих элементов пневмоподвески.

Предложены и научно обоснованы схемы предварительной вальцовки заготовок под штамповку балки передней оси. Разработана методика определения действующего катающего радиуса при прокатке в ромбическом и двутавровом калибрах. Исследовано влияние геометрии прокатных ручьев на коэффициент заполнения ромбического калибра. Разработаны технология и оборудование для предварительной вальцовки заготовок под штамповку передней балки.

Практическая значимость полученных результатов. Предложены методики расчета технологических параметров процессов раздачи трубчатых и периодической прокатки полосовых и фасонных заготовок. Результаты работы реализованы при разработке технологических процессов и проектировании оборудования для изготовления заготовок заднего и переднего мостов и направляющих элементов пневмоподвески большегрузных автомобилей.

Проведена промышленная апробация технологии изготовления балки картера ведущего моста на Минском автомобильном заводе. Предложенная технология, по сравнению с существующей, позволяет повысить коэффициент использования металла на 25%, производительность - в 1,5 раза, снизить трудозатраты в 2 раза.

Разработанные и внедренные на Минском рессорном заводе технология и оборудование парной прокатки заготовок направляющих элементов пневмоподвески для автомобилей и полуприцепов позволили полностью удовлетворить производственные потребности МАЗа и отка-

заться от импортных поставок. Проведена промышленная апробация на Минском рессорном заводе и Барановичском заводе автоматических линий безотходной технологии штучной прокатки направляющих элементов пневмоподвески с местным нагревом заготовки, позволяющая снизить энергозатраты до 40%, металлоемкость - на 10%, повысить производительность в 3...4 раза.

Разработана технология и конструкция прокатного стана для предварительной вальцовки заготовок ромбического профиля под штамповку передней балки. Внедрение в производство технологии предварительной вальцовки и прокатного стана позволило добиться снижения металлоемкости на 20 %, сократить число ударов молота с 20 до 16-17, отказаться от механической обработки заготовки под штамповку и повысить стойкость штампов на 30%. Проведены исследования по получению заготовок двутаврового профиля, применение которых для штамповки передней балки позволят не только получить дополнительную экономию металла, значительно повысить стойкость штампов, но и использовать для штамповки не 16-тонный, а значительно более дешевый и распространенный 10-тонный молот.

Экономический эффект от внедрения разработанных технологий составляет сумму, эквивалентную 1 млн. $ в год.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту.

1. Новые способы получения .профилированных по длине трубчатых, полосовых и фасонных заготовок и их научное обоснование.

2. Результаты теоретических и экспериментальных исследований предложенных способов.

3. Методика определения оптимальных технологических режимов процессов раздачи трубчатых и прокатки полосовых и фасонных заготовок с переменным по длине профилем.

4. Новые технические решения при проектировании оборудования для реализации предложенных способов.

Личный вклад соискателя. Основные научные и практические результаты диссертационной работы, а также положения, выносимые на защиту, разработаны и получены лично автором или при его непосредственном участии.

Апробация результатов диссертации. Основные положения доложены и обсуждены на научно-технических конференциях:

- на 47-й научно-техн. конф., посвященной 70-летию Белорусского политехнического института, — Минск, 1992;

- на международной 51-й научно-техн. конф. профессоров, преподавателей, научных работников, аспирантов и студентов БГПА. посвященной 75-летию ЕГПА, - Минск. 1995;

- па 4-й республиканской научно-техн. конф. «Материалы, технологии - 2000«, - Гомель, 2000;

- на международной 54-й научно-техн. конф. профессоров, преподавателей, научных работников, аспирантов и студентов БГГ1А, посвященной 80-летию БГПА, - Минск, 2000.

На кафедре БГПА "Машины и технология обработки металлов давлением" им. академика С.И.Губкина.

Опубликованность результатов. Основные материалы диссертации опубликованы в 13 научных трудах, в том числе: 3 статьи в научно-технических журналах, 2 статьи в производственно-техническом журнале, 5 тезисов докладов на научно-технических конференциях, 3 изобретения. Общий объем опубликованных материалов - 20 страниц.

Структура н объем диссертации. Диссертация состоит из оглавления, введения, общей характеристики работы, четырех глав, заключения, списка использованных источников и приложения. Полный объем диссертации включает 87-страниц машинописного текста, 80 рисунков, 5 таблиц, список библиографических источников из 150 наименований, приложение ца 8 страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении в виде аннотации изложены состояние вопроса, актуальность темы диссертации и определены общие задачи исследований.

В общей характеристике работы раскрыта актуальность темы диссертации, показана связь работы с крупными научными программами, сформулированы цель и задачи исследования, научная новизна, практическая ценность полученных результатов. Приведены основные положения диссертации, выносимые на защиту. Показаны личный вклад соискателя, апробация и степень опубликованное™ результатов исследований, структура и объем диссертации.

В первой главе рассмотрены области использования профильных трубчатых, полосовых и фасонных заготовок в изделиях автомобильного транспорта, основные способы и устройства для их изготовления. Установлено, что наиболее прогрессивным способом изготовления балки картера ведущего моста большегрузных автомобилей является горячая раздача толстостенной трубы. Показана перспективность продольной периодической прокатки для получения направляющих элементов пнев-моподвески и заготовок под штамповку балки передней оси. Проанализированы результаты теоретических исследований в данной области.

На основе анализа литературного обзора сделан вывод о необходимости поиска новых, более эффективных схем раздачи трубчатых и продольной периодической про.катки полосовых и фасонных заготовок с их глубоким научным обоснованием.

Во второй главе предложены и проанализированы новые способы изготовления балки картера ведущего моста большегрузных автомобилей из трубчатой заготовки наружным диаметром 180 мм с толщиной

стенки 12..14 мм. Новые способы изготовления балки картера ведущего моста можно разделить гго двум классам: I - раздача трубчатой заготовки изнутри шарнирной или составной оправкой; II - раскатка трубчатой заготовки валками на сплошной цилиндрической оправке.

Для штамповки используется трубчатая заготовка (рис. 1), в центральной части которой выполнены два овальных отверстия с противоположных сторон. Заготовку нагревают в индукторе или в специальной газовой печи в средней части до ковочных температур, помещают на консольно закрепленную оправку и при помощи маркета пресса в центральное отверстие заготовки вводят неподвижные деформирующие ножи. При ходе ползуна пресса вниз торцевые ползушки, приводимые 6 движение клиньями, закрепленными на верхней плите штампа, сжимают заготовку в осевом направлении. Одновременно радиальные ползушки, соединенные с оправкой при помощи клещевых захватов, осуществляют раздачу в направлении, перпендикулярном оси заготовки. Основное назначение деформирующих ножей - повысить пластичность металла путем приложения дополнительных сжимающих напряжений в сечениях заготовки, наиболее склонных к образованию трещин. За счет изменения схемы напряженного состояния на кромках центрального отверстия возможности раздачи существенно повышаются, а опасность потери устойчивости заготовки, нагретой только в зоне деформации, полностью

исключается.

а)

б)

в)

сг,

]>лд

Рис. 1. Схемы раздачи и напряженного состояния на торцевых кромках центрального отверстия трубчатой заготовки: а - изнутри упругой оправкой; б - с осевым подпором;

в - с осевым подпором и дополнительным нагружением горцев центрального отверстия

Увеличение степени деформации в результате подпора кромок отверстия в заготовке можно оценить эмпирической зависимостью

е0 =£'0(2,5- 2£> + 0,5П2), (1)

Чтобы не допустить увеличения или уменьшения толщины стенки балки картера на кромках технологических отверстий, необходимо -обеспечить условия:

^пол=от~-<т0, (2)

где апод - давление, обеспечиваемое дополнительными деформирующими ножами.

Совместное решение выражений (1) и (2) позволяет установить, насколько подпор торцев технологического отверстия уменьшает предельный коэффициент раздачи. Как показали численные расчеты и экспериментальные исследования, проведенные на свинцовых и стальных заготовках, подпор кромок центрального отверстия уменьшает предельный коэффициент раздачи минимум в 1,5 раза. Этого вполне достаточно для получения заготовки балки картера ведущего моста автомобилей МАЗ.

Возможен и другой способ набора металла в торцевых участках овального отверстия. В трубчатой заготовке фрезеруют овальные отверстия аналогично предыдущему способу. В нагретую заготовку помещают составную оправку, включающую боковые и центральные звенья. Затем производят вытяжку участков заготовки, прилегающих к торцам овального отверстия, путем вдавливания металла во внутрь заготовки п профильные пазы на клиновых участках боковых звеньев. Затем боковые звенья составной оправки сдвигаются вдоль оси заготовки навстречу друг другу. При этом ходе боковые звенья своей цилиндрической частью «выворачивают» предварительно вытянутые во внутрь заготовки участки в исходное положение, т.е. по дуге окружности трубной заготовки. Одновременно боковые звенья своими клиновыми участками раздвигают центральные звенья оправки и, перемещая их перпендикулярно оси заготовки в противоположные стороны, формируют профиль банджо.

Увеличение диаметра средней части заготовки и формирование профиля банджо при продольной или поперечной прокатке осуществляется за счет уменьшения толщины стенок отдельных участков и осевою . подпора трубы.

При разработке новых способов изготовления балки картера зад-негр моста основной целью ставилось снижение металлоемкости изделия, повышение прочности, надежности, долговечности, упрощение технологического процесса, максимальное снижение количества сварных швов. Все эти цели наиболее полно достигаются при получении цельного картера из трубчатой заготовки. Предложенными способами

возможно получение задних мостов большинства отечественных и зарубежных легковых и грузовых автомобилей, а также колесных тракторов.

Заготовка направляющего элемента пневмоподвески представляет собой полосу переменного профиля и отличается от заготовок малолистовых рессор значительно большим перепадом толщин и несимметричным профилем. Предложенный способ прокатки направляющих элементов пневмоподвески основан на использовании способа прокатки заготовок малолпстовых рессор с тем отличием, что прокатка одновременно двух заготовок ведется не с нарастающим, а с убывающим обжатием. На рис. 2 представлены ранее предложенные и используемые в настоящее время на Минском рессорном заводе классическая схема получения заготовок переменного по длине сечения и усовершенствованная схема

для получения направляющих элементов пневмоподвески.

По форме основного деформирующего элемента (рабочей клиновой оправки) схему, представленную на рис. 2а, можно определить, как прокатку с прямым (нарастающим) клином, а на рис. 26 — с обратным (убывающим) клином. Для упрощения расчетов прокатка участка переменного профиля для обеих схем деформирования рассматривается как прокатка заготовки в двух валках (одного приводного, бесконечно большого диаметра, другого - неприводного, определенного диаметра) с межосевым расстоянием, изменяющимся по определенному закону, обусловленному профилем оправки. В частном случае (применительно к прокатке направляющих элементов пневматической подвески), когда образующая участка переменного профиля имеет форму прямой, закон изменения межосевого расстояния в математической модели периодической прокатки можно принять линейным. Очевидно,

Рис. 2. Схемы периодической прокатки полосовых заготовок: а - с нарастающим обжатием; б - с убывающим обжатием

что в способе прокатки с прямым клином, процесс можно рассматривать как прокатку в двух равномерно приближающихся валках. При прокатке с обратным клином, напротив, валки равномерно раздвигаются. При этом усилие прокатки по сравнению с прокаткой полосы равной толщины в первом случае увеличивается, а во втором уменьшается. Это очевидно из анализа геометрии очага деформации и действующих в нем сил. В случае прокатки с возрастающим обжатием (рис. 2а) длина дуги контакта АБ больше, чем при прокатке с постоянным обжатием, на величину, определяемую углом ср. При прокатке с убывающим обжатием - меньше на ту же величину, что вызывает снижение давления металла на валки. Кроме того, касательная составляющая Т давления металла на оправку (рассматриваемая как приводной валок бесконечно большого диаметра) в случае прокатки с убывающим обжатием больше, чем с возрастающим, что вызывает увеличение переднего натяжения, способствующего снижению усилия прокатки. Учитывая вышеизложенное, а также принимая во внимание возможности существующего оборудования, было принято решение использовать способ прокатки с обратным клином как базовый. По предложенной схеме (рис. 26) на Минском рессорном заводе изготавливают направляющие элементы пневмоподвески для полуприцепов. Однако эта схема имеет ряд недостатков:

-■ большой отход дорогостоящей рессорной стали;

- сложность механизации загрузки и снятия заготовки после прокатки;

- сложность нагрева заготовок различной длины.

Несмотря на вышеуказанные недостатки, внедрение такой технологии позволило полностью удовлетворить потребности МАЗа в направляющих элементах для автомобилей и полуприцепов и отказаться от экспортных поставок. Параллельно велась разработка нового безотходного способа прокатки заготовок направляющих элементов пневмоподвески,- предусматривающего прокатку одной заготовки за рабочий цикл оборудования. Такая схема позволяет не только оснастить прокатный стан эффективными средствами механизации и автоматизации, но и значительно снизить энергоемкость процесса за счет применения частичного нагрева заготовки под прокатку. В предложенном способе заготовка нагревается в щелевом индукторе не целиком, как было ранее, а только та ее часть, которая будет прокатываться. Холодный участок используется для фиксации заготовки в процессе прокатки и для ее транспортировки. Частичный нагрев позволяет сохранить у материала заготовки продольно ориентированну/о' текстуру на участке, не подвергаемом деформированию. Таким образом, возрастают прочностные показатели готовых -направляющих- элементов. Эта технология позволяет добиться экономии электроэнергии до 40%, металла - до 10%, повысить производительность оборудования в 2,5 раза.

Традиционно балку передней оси большегрузных автомобилей получают штамповкой на молотах или прессах. Такая технология продиктована сложной конфигурацией изделия. Из-за неравномерного распределения металла по длине поковки в качестве заготовки под штамповку целесообразно использовать периодический профиль. Исходя из расчетов гю определению поперечных сечений заготовки под штамповку балки передней оси был определен тип заготовки, обеспечивающий оптимальное заполнение гравюры штампа и минимальный облой, включающий три участка различного сечения - центральную часть, участки под рессорные площадки и участки под шкворневые бобышки. Получение такой заготовки возможно за один оборот валков на прокатном стане с диаметром валков 750...800 мм. Однако габариты и планировка остального оборудования не позволяют включить такой стан в действующую технологическую цепочку без применения промежуточного нагрева заготовки под штамповку. Поэтому было принято решение использовать заготовку с двумя участками - центральным ромбического или дау-таврового и боковыми - круглого профиля. Такую заготовку можно получить вальцовкой в валках диаметром 350..-.400 мм.

Для расчета величины опережения и определения угла захвата вальцовка в калибрах рассматривалась как прокатка в гладких валках действующего катающего радиуса. При этом исследуемые калибры разбивались из участки круглого и ромбического профиля. Для круглого профиля действующий катающий радиус можно определить по формуле (3), для ромбического - по формуле (4).

= г .игнр, (3)

■ ■ л" 2^-л/2)г2 +Ь,Яб где (р = т + х ~г /-.

4 2\/2 г - 4/?йг

• = (4)

В третьей главе рассмотрены вопросы выбора оборудования, материалы и методика проведения исследований. Процесс получения балки картера ведущего моста исследовался на экспериментальной установке, позволяющей производить раздачу с осевым подпором трубчатой заготовки изнутри упругой оправкой, состоящей из пакета пластинчатых пружин. Для проведения экспериментальных опытов по моделированию различных схем прокатки полосовых, заготовок переменного профиля использовалась экспериментальная установка, включающая в себя клеть, в которой горизонтально размещен прокатный" валок, установленный в опорах с возможностью вертикального перемещения относительно продольной оси прокатки за счет того, что опоры связаны с нажимными винтами клети, приводимыми в действие от червячного редуктора. Это позволило менять степень обжатия в каждом сечении прокатываемого

изделия в диапазоне, необходимом для проведения экспериментальных исследований. К боковым стойкам клеги прикреплены направляющие, обеспечивающие горизонтальное перемещение профильной оправки, приводимой в действие штоком гидроцилипдра, связанным с оправкой сферическим шарниром. Привод штока гидроцилиндра осуществляется от гидростанции. Рабочая поверхность профильной оправки в продольном сечении имеет переменный по длине профиль, идентичный профилю направляющих элементов пневмоподвески, имеющих клиновой участок и два участка постоянной толщины.

В качестве материалов для'исследований раздачи трубчатых заготовок использовали свинцовые и алюминиевые трубы диаметром 30 мм с толщиной стенки 3...4 мм, для моделирования процесса полосовой и фасонной прокатки - свинцовые и стальные заготовки сечением 50x23 мм и диаметром 30 мм соответственно.

Энергосиловые параметры процесса прокатки в ходе экспериментальных исследований регистрировали с помощью тепзометрической аппаратуры: тензоусилителя "Топаз-3" с блоком питания "Агат" и самопишущего прибора Н338-6 - с последующей расшифровкой полученных данных по тарировочным графикам.

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследований и практической реапизации процессов раздачи трубчатых и прокатки полосовых и фасонных заготовок, методика расчета основных технологических параметров, технология производства заготовок переднего и заднего мостов и направляющих элементов пневмоподвески и конструкции экспериментального и промышленного оборудования для реализации предложенных технологий.

Для моделирования процесса раздачи стальных и свинцовых трубчатых заготовок использовалась экспериментальная установка, позволяющая производить раздачу трубы изнутри упругой оправкой, состоящей из пакета пластинчатых пружин. Исследована раздача как цельных трубчатых заготовок, так и заготовок с центральным отверстием, выполненным для удаления избытка металла и введения дополнительных деформирующих ножей.

Эксперименты показали невозможность достижения требуемого для получения балки картера ведущего моста большегрузных автомобилей коэффициента раздачи К=Вкг'0„р=0,5...0,55 при раздаче цельной заготовки. При К=0,75...0,77 наблюдались потеря устойчивости и гофро-образование на участках перехода банджо в полуосевые рукава. При раздаче заготовки с центральным отверстием происходило разрушение на учаетках, прилежащих к его торцам (К=0,69...0,72). Для создания дополнительных усилий, вызывающих появление сжимающих напряжений (рис 1 в), в центральное отверстие помещали деформирующие ножи. При раздаче трубчатой заготовки с осевым подпором и деформирующими ножами процесс проходил устойчиво, разрушение не наблюдалось.

По результатам исследований спроектирован, изготовлен и испытан штамп 26-88 НБГС для раздачи трубчатой заготовки. В качестве заготовки под штамповку использовались литые свинцовые и горячекатаные стальные трубы диаметром 180 и толщиной стенки 12 мм. При экспериментальных штамповках наблюдалось разрушение отдельных свинцовых заготовок, вызванное недостаточным качеством отливки. Процесс раздачи нагретых в центральной части до ковочных температур стальных заготовок проходил устойчиво. Дефектов и следов разрушения отштампованные заготовки не имели.

Получение балки картера ведущего моста автомобилен семейства МАЗ целесообразно получать за две операции штамповки - раздачу трубчатой заготовки и окончательную формовку - калибровку. Совмещение этих операций на одной установке привело бы к неоправданному усложнению конструкции последней. Обе операции можно производить на однотипном оборудовании (листоштамповочный пресс), требующем незначительной переналадки при смене штампоной оснастки.

К основным зиергосиловым параметрам процесса периодической прокатки полосоиых заготонок, экспериментально исследованным и настоящей работе, относятся давление металла на валки Р, тянущее (толкающее) усилие перемещения оправки 1', и интенсивность переднего натяжения заготовки. Экспериментальные прокатки показали, что давление металла на валки Р при прокатке с убывающим обжатием (рис. 26) на 10..15%, а усилие перемещения оправки Р., на 15...20% меньше, чем при прокатке с нарастающим обжатием (рис. 2а). Именно по такой схеме производятся все заготовки направляющих элементов пненмоподвески для автомобилей и полуприцепов МАЗ. Экспериментально установлена для обоих схем прокатки максимально возможная степень деформации за проход, не приводящая к обрыву прокатанного участка профиля. По результатам исследований разработана технология и спроектировано оборудование для поштучной прокатки направляющих элементов пиев-моподвески с частичным нагревом заготовки.

Процесс предварительной вальцовки заготовок под штамповку балки передней оси исследовался для определения влияния конфигураций калибра на коэффициент заполнения прокатного ручья, поскольку от него в значительной степени зависит заполнение гравюры штампа при последующей штамповке. Установлено, что коэффициент заполнения зависит от угла наклона боковых образующих калибра в значительно большей степени, чем центральных. Так, кривые, характеризующие коэффициент заполнения ромбического калибра, имеют ярко выраженный экстремум при угле наклона боковых образующих 75" и центральных 130°. Коэффициент заполнения калибра при этих параметрах достигает 96%.

Дано описание конструкции оборудования для изготовления заготовок переднего и заднего мостов и направляющих элементов пневмо-

подвески. Представлены результаты внедрения предложенных технологий и рекомендации по их дальнейшему совершенствованию.

Поскольку-экономическая эффективность разработанных и внедренных технологий достигается преимущественно за счет импортоза-мещения и экономии металла, поставляемого из России и Украины, ее расчет производился в валюте. Экономический эффект от внедрения на Минском рессорном заводе технологии парной прокатки направляющих элементов пневмоподвески для автомобилей и полуприцепов И модернизированного опытно-промышленного прокатного стана СП-1298 состоит в возможности отказа от импорта этой продукции из Польши и Германии и составляет 847200 дол. США в год. Экономический эффект от внедрения технологии предварительной вальцовки при парной прокатке направляющих элементов пневмоподвески для автомобилей и полуприцепов достигается в основном за счет экономии дорогостоящей рессорной стали 50ХГФА - 51,9 тонн в год, что составляет сумму, эквивалентную 46180 дол. США в год. Внедрение на Кузнечном заводе тяжелых штамповок (г. Жодино) технологии предварительной вальцовки заготовки под штамповку балки передней оси и прокатного стана СП-2198 позволило добиться экономии 250 тонн стали 40Х в год, что составляет сумму, эквивалентную 112500 дол. США. Суммарный экономический эффект от внедрения разработанных технологий составляет 1005880 $ в год.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Предложен и научно обоснован способ изготовления балки картера ведущего моста, предусматривающий раздачу частично нагретой трубчатой заготовки в штампе с приложением дополнительных сжимающих напряжений на участках заготовки, наиболее склонных к разрушению. Проанализировано влияние схемы напряженного состояния на предельные возможности раздачи трубчатых заготовок. Экспериментально подтверждена возможность получения заготовок балки картера ведущего моста по предложенному способу [2, 11...13].

2. Экспериментально установлены кинематические параметры процесса раздачи трубчатых заготовок, необходимые для проектирования опытно-промышленного оборудования. Спроектирован, изготовлен и опробован штамп для раздачи балки картера ведущего моста. Внедрение технологии позволяет повысить коэффициент использования металла на 25 %, производительность процесса - в 1,5 раза и снизить трудозатраты на изготовление продукции в 2 раза [8, 10].

3. Предложен и научно обоснован способ продольной периодической прокатки полос со значительными перепадами толщин, используемых в качестве заготовок направляющих элементов пневмоподвески

большегрузных автомобилей. Экспериментально исследованы основные энергосиловые параметры штучной периодической прокатки заготовок со значительным перепадом толщин, необходимые для проектирования промышленного оборудования [1, 4, 6, 7].-

4. Разработана конструкция, технология, изготовлена, опробована и внедрена в производство установка для парной прокатки заготовок направляющих элементов пневмоподвески, допускающая наличие до 10% технологического отхода [5].

5. Разработана технология и конструкция установки для безотходной штучной прокатки заготовок направляющих элементов пневмоподвески, предусматривающая частичный нагрев заготовки. Эта технология позволяет добиться экономии электроэнергии до 40%, металла -до 10%, повысить производительность оборудования в 3...4 раза [5].

6. Предложен и научно обоснован способ получения заготовок под штамповку передней балки автомобилей МЛЗ. Экспериментально исследовано влияние геометрических параметров прокатного ручья на коэффициент заполнения при прокатке в ромбических калибрах. Установлено, что коэффициент заполнения калибра зависит от угла наклона боковых образующих в значительно большей степени, чем центральных. Разработана методика определения действующего радиуса при прокатке с заусенцем в ромбических и двутавровых калиб-pax [9].

7. Разработана конструкция прокатного стана для предварительной вальцовки заготовок под штамповку передней балки. Изготовлен, опробован и запущен в эксплуатацию прокатный стаи СП-2198 для вальцовки заготовок ромбического профиля. Внедрение в производство технологии предварительной вальцовки и прокатного стана позволило добиться снижения металлоемкости па 20 %, сократить число ударов молота с 20 до 16... 17, отказаться от механической обработки заготовки под штамповку и повысить стойкость штампов на 30%. Проведены исследования по получению заготовок двутаврового профиля, применение которых для штамповки передней балки позволит не только паяучить дополнительную экономию металла, значительно повысить стойкость штампов, но и использовать для штамповки не 16-тонный, а значительно более дешевый и распространенный 10-тонный молот [3, 9].

Экономический эффект от внедрения разработанных технологий

составляет:

- технология парной прокатки направляющих элементов пневмоподвески - 847200 дол. США в год за счет нмпортозамещения (место внедрения - Минский рессорный завод);

- технология предварительной вальцовки при парной прокатке заготовок. направляющих элементов пневмоподвески - 46180 дол. США за

счет экономии стали 50ХГФА - 51,9 тонн в год (место внедрения -Минский рессорный завод);

- технология предварительной вальцовки заготовок под штамповку балки передней оси - 112500 дол. США за счет экономии 250 тонн стали 40Х в год (место внедрения - Кузнечный завод тяжелых штамповок, г. Жодино).

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

1. Изготовление полос переменной толщины для малолпстовых рессор /

A.В.Степаненко, Л.А.Исаевич, В.А.Король, В.А.Томило // Куэнечно-штамповочное производство. - 1997. - № 6. - С. 15-17.

2. Технология получения балки картера ведущего моста большегрузных автомобилей из трубчатой заготовки / А.В.Степаненко, Л.А.Исаевич,

B.А.Король, В.А.Томило//Кузнечно-штамповочное производство. -2000.-№ 8.-С. 13-15.

3. Новые технологии изготовления балок передних мостов / Б.А.Чепыжев, В.И.Захарченко, В.А.Король, В.А.Томило // Автомобильная промышленность. - 2000. - Ks 9. - С. 25-26.

4. Малолистовые рессоры. Путь в массовое производство / А.В.Степаненко, А.П.Ракомсин, В.А.Томило и др. // Грузовик & . -2000. - № 6. - С. 15-17.

5. Преодолевая «острые грани» мягкой пневмоподушки / А.В.Степаненко, А.П.Ракомсин, В.А.Томило и др. // Грузовик & .2000. - № 7. - С. 6-7.

6. Степаненко A.B., Король В.А., Томило В.А. Ресурсосберегающие технологии получения деталей машиностроения методами обработки давлением // Материалы 47-й научно-техн. конф., посвященной 70-летию Белорусского политехнического института: В 3-х ч. - Мн.: БГПА, 1992.-Ч. 1.-С. 108.

7. Степаненко A.B., Исаевич Л.А., Томило В.А. Промышленное освоение новой технологии изготовления малолистовых рессор // Тезисы докладов международной 51-й научно-техн. конф. профессоров, преподавателей, научных работников, аспирантов и студентов БГПА, посвященной 75-летию БГПА. - Минск, 1995. - Ч. 2. - С. 47-48.

8. Степаненко A.B., Исаевич Л.А., Томило В.А. Способ и технология изготовления картера ведущего моста большегрузных автомобилей из трубчатой заготовки // Материалы, технологии 2000: Тезисы докладов 4-й республиканской научно-технической конференции. - Гомель, 2000. - С. 17-18.

9. Степаненко A.B., Исаевич Л.А., Томило В.А. и др. Разработка теоретических основ деформирования периодического профиля заготовок передней балки автомобилей МАЗ // Материалы 54-и международной научно-техн. конф. профессоров, преподавателей, научных ра-

ботников, аспирантов и студентов БГПА, посвященной 80-летию БГПА. - Ч. 5. - Минск, 2000. - С. 166.

10. Степаненко A.B., Исаевич Л.А., Томило В.А. и др. Разработка новых способов и технологий изготовления картера ведущего моста большегрузных автомобилей из трубчатой заготовки // Материалы 54-й международной научно-техн. конф. профессоров, преподавателей, научных работников, аспирантов я студентов БГПА, посвященной 80-летию БГПА. - Ч. 5. - Минск, 2000. - С. 167.

11. A.c. 1826246, МКИ В 21 D 41/02. Способ изготовления балки картера ведущего моста н устройство для его осуществления / А.В.Степаненко, Г.А.Исаевич, В.А.Король, В.А.'Гомило (СССР).;—№ 4653054/27; Заявлено 01.03.89; Не подл, опубл. в открытой печати.

12. A.c. ) 774569 СССР, МКИ В 21 D 41/00. Способ изготовления балки картера ведущего моста и устройство для его осуществления /

А.В.Степаненко, Г.А.Исаевич, В.А.Король, В.А.Томило (СССР). — № 4705860/27; Заявлено 15.06.89; Не подл, опубл. в открытой печати.

13. A.c. 1800733 СССР, МКИ В 21 Н 8/00. Способ изготовления балки картера ведущего моста / А.В.Степаненко, Г.А.Исаевич, В.А.Томило и др. (СССР). — № 4804451/27; Заявлено 20.03.90; Не подл, опубл. в открытой печати.

РЕЗЮМЕ

ТОМИЛО ВЯЧЕСЛАВ АНАТОЛЬЕВИЧ

РАЗРАБОТКА, НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ И РЕАЛИЗАЦИЯ НОВЫХ СПОСОБОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗАГОТОВОК СЛОЖНОЙ КОНФИГУРАЦИИ БОЛЬШЕГРУЗНЫХ АВТОМОБИЛЕЙ ГОРЯЧИМ ПЛАСТИЧЕСКИМ ДЕФОРМИРОВАНИЕМ

Ключевые слона: раздача, трубчатая заготовка, фасонный профиль, периодическим прокат, прокатка, коэффициент заполнения калибра, очаг деформации, полоса, усилие прокатки, технологический процесс, балка каргерз ведущего моста, управляемый мост, направляющий элемент пневмоподпески.

В качестве обьекта исследований использовались рессорная и конструкционные стали, а также технически чистый свинец для моделирования процесса горячей прокатки и раздачи стальных заготовок.

Целью работы является разработка и внедрение научно обоснованных эффективных способов, технологий и оборудования для получения ;аготовок сложной конфигурации для производства переднего и заднего мостов и упругпх элементов подвески.

Приводится кинематика новых способов прокатки и, раздачи, анализ влияния различных схем деформирования на технологические воз-

можности процессов. Исследовано влияние основных параметров на кинематические и силовые характеристики процессов прокатки и раздачи.

На основании проведенных исследований предложена методика определения основных технологических параметров процесса раздачи трубчатых и периодической прокатки полосовых и фдсонных заготовок.

Разработаны технологические процессы и спроектировано оборудование для получения заготовок переднего и заднего мостов и направляющих элементов пневмоподвески. Представлены результаты внедрения предложенных технологий и рекомендации по их дальнейшему совершенствованию.

Экономический эффект от внедрения разработанных технологий составляет сумму, эквивалентную 1005880 $ в год.

РЭЗЮМЕ ТАМ1ЛА ВЯЧАСЛАУ АНАТОЛЬЕВ1Ч

РАСПРАЦОУКА, НАВУКОВАЕ АБГРУНТАВАННЕ I РЭАЛ13АЦЫЯ НОВЫХ СПОСАБАУ ВЫРАБУ ЗАГАТОВАК СКЛАДАНАЙ КАНФ1ГУРАЦЫ1 ВЯЛ1КАГРУЗНЫХ АУТА-МАБ1ЛЯУ ГАРАЧЫМ ПЛАСТИЧНЫМ ДЭФАРМАВАННЕМ

Асноуныя тэрмшы: раздача, трубчатая загатаука, фасонны профшь, перыядычны пракат, пракатка, каэфщыент напаунення кашбра, месца дэфармацьн, паласа, узмацненне пракатю, тэхналапчны працэс, балка картэра вядучага маета, юруемы мост, наюравальны элемент пнеумападвесю.

У якасщ аб'екта даследаванняу выкарыстоувалюя рысорныя I канструкцыйныя стал1, а таксама тэхшчна чысты св'шец для мадэлявання працэсу гарачай пракатю1 раздачы стальных загатовак.

Мэтай работы з'яуляецца распрацоука 1 укараненне навукова абгрунтаваных эфектыуных спосабау, тэхналопй ! абегалявання для атрымання-загатовак ск'ладанай канф1гурацьн для вытворчасщ пярэдняга 1 заднягй мастоу 1 прутюх элементау падвесю.

Дадаецца кшематыка новых спосабау пракатю 1 раздачы, анализ уплыву розных схем дэфармавання на тэхналапчныя магчымасщ працэсау.

Даследавана уздзеянне асноуных параметрау на кшематычныя 1 сшавыя характарыстыю працэсау пракатю { раздачы.

На выснове "праведзеных даследаванняу п'рапанавана методыка вызначэння асноуных тэхналапчных параметрау працэсу раздачы трубчатых 1 перыядычнай пракатю паласавых 1 фасонных загатовак.

Распрацаваны тэхналагпшыя працэсы i спраекгавана абсталяванне для атрымання загатовак пярэдняга i задняга мастоу i наюравапьных элементау пнеумападвески

Дадаюцца таксама вынш укаранення прапаиаваных тэхналопй i парады па ix далейшым удасканаленш.

Эканам!чны эфект ад укаранення распрацаваных тэхналопй складае суму, эквталентную 1005880 $ у год.

THE SUMMARY TOM1LO VYACHESLAV ANATOLIEVICH

THE DEVELOPMENT SCIENTIFIC GROUNDS AND REALISATION OF NEW PROCESSES OF INTRICATE WORKPIECES MANUFACTURE FOR Ti IE LORRIES BY IIOT PLASTIC DEFORMATION

Key words: flaring, round billet, shape, periodic rolled products,'rolling, caliber filling up factor, deformation seat, skelp, rolling force, manufacturing method, case beam of drive axle, guided axle, directing element of a pneumo-suspension.

The spring and structural steels have been used as a matter for scientific enquiry as well as commercial (grade) uncombined lead for process modeling of hot rolling and steel workpieces daring.

The program seeks the development and adoption of scientific justified effective processes, technologies and equipment for intricate workpieces manufacture dedicated for production of front and back axles as well as restoring elements of a suspension.

It is given a kinematics of new rolling and flaring, processes, influence assay of various deformation methods on technological capabilities of the processes. The influence of the base parameters on kinematics and force characteristics of rolling and flaring process is examined.

The procedure for determination of base process variables of base process variables' of round billets manufacturing method as well as periodical rolling of skelps and shapes one was put forward relying on pursued researches.

The manufacturing methods have been devised, and the equipment for workplaces production of from and back axles as well as directing elements of a pneumosuspension has been designed.

The findings of proposed manufacturing methods introduction and some recommendations for their further advancement are presented.

The economic benefit from developed technologies adoption totals the sum equivalent for 1005880$ per one year. -""Si^

ТОМИЛО Вячеслав Анатольевич

РАЗРАБОТКА, НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ П РЕАЛИЗАЦИЯ НОВЫХ СПОСОБОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗАГОТОВОК СЛОЖ1ЮЙ К011ФИГУРАЦИИ БОЛЬШЕГРУЗНЫХ АВТОМОБИЛЕ»! ГОРЯЧИМ ПЛАСТИЧЕСКИМ ДЕФОРМИРОВАНИЕМ

05.16.05 - Обработка металлов давлением

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Редактор Г.В. Шпркина

Подписано в печать 06.10.2000. Формат 60x84/16. Бумага тип. № 2. Офсет, печать. Усл. печ. л. 1,3. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 100. Заказ 582.

Издатель и полиграфическое исполнение: Белорусская государственная политехническая академия. Лицензия ЛВ № 155 от 30.01.98. 220027, Минск, пр. Ф. Скорины, 65.