автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.09, диссертация на тему:Совершенствование методов проектирования технологических процессов восстановления деталей пластическим деформированием

ИИ4603612

На правах рукописи

Панкратов Дмитрий Леонидович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ПЛАСТИЧЕСКИМ ДЕФОРМИРОВАНИЕМ

Специальность: 05.02.09- Технологии и машины обработки давлением

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

1 О И ЮН 2010

Ижевск - 2010

004603612

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Камская государственная инженерно-экономическая академия» (ИНЭКА) на кафедре «Машины и технология обработки металлов давлением».

Научный консультант: доктор технических наук, профессор

Шибаков Владимир Георгиевич Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Володин Игорь Михайлович; доктор физико-математических наук, профессор Грешнов Владимир Михайлович; доктор технических наук, профессор Шеногин Владимир Петрович

Ведущая организация: Научно-технический центр Открытого акционерного общества КАМАЗ (НТЦ ОАО «КАМАЗ»), г.Набережные Челны.

Защита состоится «25»июня 2010 г. в14-00 на заседании диссертационного совета Д 212.065.02. в Ижевском государственном техническом университете по адресу: 426069, г. Ижевск, ул. Студенческая, дом 7.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ижевского государственного технического университета.

Ваши отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим высылать по указанному адресу

Автореферат разослан «/У » 2010г

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 2] 2.065.02 X

доктор технических наук, профессор В.Г. Осетров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Согласно статистическим данным «Авто-стата», парк грузовой техники России на данный момент времени на 80% состоит из автомобилей, срок службы которых превышает 10 лет. Несколько лучшая картина наблюдается с парком легковых автомобилей (9,11 млн. десятилетних автомобилей). Сложившаяся ситуация приводит к увеличению расхода запасных частей не только за счет роста автомобильного парка, но и в расчете на один автомобиль.

Мировая практика выработала достаточно эффективный способ обеспечения стареющего автомобильного парка запасными частями - резервирование гибких переналаживаемых мощностей (до 60% резервных мощностей крупные автомобильные фирмы используют для производства запасных частей на основе оперативных заявок) или развитая сеть предприятий по восстановлению деталей. Дополнительный толчок к развитию предприятий по восстановлению изношенных деталей даст программа по утилизации старых автомобилей, принятая во многих развитых странах. Целью данной программы является вторичное использование 85% материалов от сухой массы автомобиля. Для новых моделей этот показатель должен быть достигнут к 2014 году. На восстановление деталей расходуется меньше металла, электроэнергии и труда, чем на изготовление новых. Экономическая целесообразность восстановления деталей определяется тем, что большая часть их выходит из строя вследствие естественного износа рабочих поверхностей, сопровождаемого незначительной потерей металла по весу (не более 0,2 - 0,3%). Себестоимость большинства восстановленных деталей не превышает 10-30% себестоимости новых.

В ремонтном производстве на данный момент широко используются такие способы восстановления, как сварка, наплавка, металлизация и т.д. Однако данные способы, обладающие широкой универсальностью, имеют один существенный недостаток. Деталь, восстановленная данными способами, получает первоначальную форму и размеры, но при этом присоединенный слой металла имеет совершенно иную структуру и соответственно другие эксплуатационные свойства.

Одним из перспективных способов реновации деталей, изготовленных из металлических материалов, является обработка металлов давлением. Технологические процессы обработки давлением, по сравнению с вышеперечисленными методами восстановления, имеют ряд преимуществ: формоизменение происходит в штампах достаточно простой конструкции на существующем кузнечно-прессовом оборудовании с применением стандартных средств автоматизации и механизации. При этом, в процессе реновации горячей пластической деформацией (ПД), помимо достижения утилитарных целей, таких как восстановление формы и размеров изношенной поверхности, возможно

получение требуемой микроструктуры металла восстанавливаемой детали, позволяющей увеличить ее ресурс практически вдвое за счет термомеханической обработки.

Однако ПД на данный момент времени в основном восстанавливаются детали только простой конфигурации. Это связано с трудностями создания целенаправленного переноса объема металла в изношенные области восстанавливаемых деталей посредством управления потоками пластически деформируемого металла.

Исходя из этого, целью данной работы является разработка научно обоснованных способов восстановления деталей направленной ПД за счет переноса определенного объема металла в изношенную область.

Для реализации этой цели решались следующие задачи:

1. Разработка методов управления контактными условиями для создания потоков направленного течения металла при ПД;

2. Исследование влияния формы инструмента на направленное течение металла при ПД;

3. Разработка САПР выбора способа восстановления и расчета формы и размеров рабочих элементов штампа для процессов восстановления деталей ПД;

4. Разработка математической модели расчета энергосиловых параметров процесса восстановления деталей;

5. Исследование влияния технологического режима процесса реновации на формирование требуемых служебных свойств восстанавливаемых деталей.

Объектом исследования являются процессы восстановления изношенных элементов деталей направленными потоками пластически деформируемого металла.

Предмет исследования. Управление потоками металла в процессах пластического деформирования посредством вариации контактных условий, формы, размеров деформирующего инструмента и исследование влияния режимов восстановления на структурообразование и эксплуатационные свойства стали при ПД.

Методы исследования.

Исследование осуществляли по следующим направлениям: а) исследовали формоизменение образцов при осадке в условиях анизотропии трения на контактных поверхностях с заданной шероховатостью; б) определяли коэффициент трения методом осадки кольцевых образцов на бойках, контактная поверхность которых обработана различными режущими инструментами; в) исследовали потоки металла при внедрении в кольцевые образцы штампов с деформирующими элементами (ДЭ) различного поперечного сечения; г) исследовали влияние геометрических параметров инструмента на

формоизменение образцов при прошивке; д) исследовали влияние термомеханического режима технологического процесса реновации на формирование служебных свойств восстанавливаемых деталей.

Численное моделирование течения металла в процессе восстановления осуществляли методом конечных элементов с помощью программ «Рапид» и С>Рогт 20/30. Компьютерное моделирование использовали для исследования влияния геометрической формы инструмента на течение металла в штампе.

Проведение факторного эксперимента осуществляли с целью получения уравнений регрессии, связывающих размеры очага ПД с геометрическими параметрами ДЭ штампа.

Теоретическое исследование энергосиловых параметров процесса восстановления производили энергетическим и инженерным методами.

Проверку адекватности полученных уравнений регрессии и формул, описывающих энергосиловые параметры процесса восстановления, производили сравнением расчетных и экспериментальных данных.

Научная новизна работы:

Научно обоснованы и исследованы методы создания направленных потоков пластического течения для перемещения металла в зоны износа деталей при их восстановлении путем вариации размеров, формы инструмента и контактных условий:

• разработана математическая модель, связывающая течение металла при прошивке с размерами цилиндрического инструмента и образца, формой торца инструмента и глубиной его внедрения. Анализ модели позволил получить графическую зависимость, отображающую область применимости прошивки для восстановления боковой поверхности детали при использовании цилиндрических пуансонов с любой формой торца;

• определена рациональная форма поперечного сечения внедряемого штампа для восстановления изношенных деталей кольцеобразной формы, представляющая собой варианты одностороннего клина; получены уравнения регрессии, связывающие размеры очага ПД с геометрическими параметрами инструмента. Показано, что наиболее значимыми факторами, влияющими на размеры очага ПД, являются толщина деформирующего элемента штампа, глубина внедрения и расстояние до восстанавливаемой поверхности;

• установлено, что создание направленных потоков металла в область изношенной поверхности при восстановлении деталей возможно за счет управления контактными условиями на гравюре инструмента, влияющими на величину сил трения. Для создания зон затрудненного течения необходимо, чтобы направление следов обработки на гравюре инструмента было перпендикулярно потокам металла при ПД, а величина среднего арифметического отклонения профиля шероховатости гравюры 2< На <6. Деформирование должно происходить без применения технологической смазки. Появление

зон скольжения наблюдается при нанесении на гравюре штампа шероховатости Яа= 1,25, при этом следы обработки должны быть направлены параллельно течению металла при ПД. Процесс должен идти с применением технологической смазки;

• разработана методика формирования служебных свойств восстанавливаемых деталей с использованием термомеханической обработки, позволяющая' в зависимости от температурно-скоростных условий деформирования, времени последеформационной паузы, скорости охлаждения формировать требуемые эксплуатационные свойства стальных деталей за счет реализации процесса контролируемого структурообразования по механизму динамической полигонизации и рекристаллизации, позволяющего влиять на прочность восстанавливаемых деталей в пределах 15%.

Практическая значимость работы заключается в следующем:

• создана САПР выбора способа восстановления и расчета формы и размеров рабочих элементов штампа;

• разработана методика формирования служебных свойств восстанавливаемых деталей в процессе термомеханической обработки;

• разработаны технологические процессы реновации геометрической формы деталей различной конфигурации с получением гарантированных эксплуатационных свойств деталей, восстановленных ПД;

• разработаны конструкции штампов для восстановления деталей кольцеобразной формы, изношенных по внутренней или наружной образующей поверхности, а также сплошных осесимметричных деталей и деталей сложной формы (патенты 2163175, 2238832, 2371292, 2376121).

Реализация результатов. Проведенные исследования нашли практическое применение при разработке технологических процессов реновации деталей автомобиля КАМАЗ, которые реализуются на ремонтных предприятиях ОАО «КАМАЗ». Отдельные разделы диссертации используются в учебном процессе ИНЭКА при чтении курсов «Теория обработки металлов давлением» и «Реновация деталей пластическим деформированием».

На защиту выносятся:

• научно обоснованные принципы управления течением пластически деформированного металла за счет размеров, формы инструмента и вариации контактных условий;

• уравнения, позволяющие рассчитывать геометрические параметры деформирующих элементов штампа для создания потоков металла в область износа деталей при их восстановлении;

• алгоритмы выбора наиболее рациональной операции ОМД и расчета размеров инструмента для получения заданного формоизменения в процессах восстановления геометрических параметров изношенных деталей;

• методика выбора параметров высокотемпературной термомеханической обработки в процессах реновации ПД, позволяющая достигать высокопрочного состояния восстановленных элементов деталей.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на международных, всероссийских, межвузовских конференциях г.Казань (1999г.), г.Волгоград (1999г.), г.Оренбург (1999г.), г.Набережные Челны (1999, 2000, 2002, 2003гг), г.Уфа (2006г.), г.Донецк (2007, 2008, 2009гг), г.Пенза (2007, 2008гг), г.Ульяновск (2007г.).

Материалы диссертации докладывались и обсуждались на расширенных заседаниях кафедр «Машины и технология обработки металлов давлением» ИНЭКА (г. Набережные Челны) и ИжГТУ (Ижевск).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 48 работ, в том числе монография, 35 научных статей, из которых 11 в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК, и 4 патента.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы и 5 приложений, занимает 291 страницу и включает 143 рисунка, 30 таблиц; список литературы содержит 221 источник.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, приведены основные результаты работы, их научная новизна и практическая ценность.

Первая глава посвящена анализу существующих методов восстановления деталей, особенно с применением операций обработки давлением для реновации деталей различной формы.

В результате эксплуатации машин имеют место отказы вследствие изнашивания рабочих поверхностей. С помощью таких методов реновации, как наплавка, сварка, металлизация возможно восстановление первоначальных размеров, формы и в ряде случаев свойств поверхностного слоя изношенной детали. Усталостные трещины, образовавшиеся в металле детали, данными методами не устраняются, что при дальнейшей эксплуатации восстановленной детали может привести к преждевременному выходу ее из строя.

ПД имеет существенное преимущество перед вышеперечисленными методами реновации, так как при горячей обработке давлением, помимо восстановления первоначальных размеров, формы и свойств поверхностного слоя, возможно залечивание поврежденностей, накопленных при эксплуатации. В том случае, если изношенная деталь восстанавливалась горячей ПД, возможно получение обновленной структуры металла, а применение в дальнейшем термомеханической обработки позволит регулировать получаемые эксплуатационные свойства. Это, в свою очередь, может гарантировать практически двойной ресурс восстановленной детали.

При имеющихся преимуществах операций ПД для реновации деталей, по сравнению с другими методами, они не получили пока широкого распространения из-за сложности создания направленных потоков металла в сторону изношенной поверхности при применении традиционных методов управления течением металла в штампе. Вследствие этого в процессе восстановления в штампе происходят искажения формы и размеров всей детали, что в дальнейшем исключает ее повторное использование. Для расширения номенклатуры деталей, восстанавливаемых ПД, необходима разработка способов реновации деталей целенаправленными потоками металла в сторону изношенной поверхности.

Пространственная I ллошные ДЕТАЛИ— лоом» лею™ -ПОЛЫЕ ДЕТАЛИ-

£

Примеры й<2( алей

ее:

Ци.т*-и£ч<чесм*? Кеничкше Шарсбые Фасонные

1 т Щ

t>

Г;

О

- rrj^r -г

Торовью

^fHll

Износ боковой поверхности

Г"

0 1

■-"-V-"

п

"Главно-МОрКЫЙ

чииэотропные кон-актныв условие

ФЗГ.ОННЫИ ИИСфуМбЖ

А. & ь. 8 6

КЭЛьЦЗ А, В. Г Б. В, Г Б. Г

Й

.звлиеани слы^еоыл

""•'"У""'

ш

¿J .1

Зосетаноа.^ние йокоиой поверхноегм

Рисунок 1 - Алгоритм выбора операции ОМД в зависимости от формы и вида шноса восстанавливаемого элемента детали

На основе анализа трудов ученых Г.Е. Аркулиса, В. Бэкофена,. Ю.Р. Витенберга, А.Ф. Головина, Н.П. Громова, А.П. Грудева. В.Г Доробида., В.А. Евстратова, В.Е. Исаченкова, Е.И. Исаченкова. В.Л. Колмогорова, B.C. Ком-балова. И,В. Крагельского, А.Н. Леванова, Я.М. Охрименко, Е.А. Попова, М.В. Сторожева, Э. Томсена, В.А. Тюрина, В.Г. Шибакова, Л.Ш. Шустера и др. было установлено, что основными факторами, влияющими на течение металла в процессах пластического деформирования, являются контактные условия на границе «инструмент-заготовка» и усиливающее их избирательное нанесение смазки, дифференцированный нагрев заготовок перед восста-

новлением, форма и размеры деформирующего инструмента и заготовки. На рис. 1 представлен алгоритм, позволяющий выбирать операцию и условия, при которых возможно создание направленных потоков металла в область износа в зависимости от его вида и геометрической формы восстанавливаемого элемента детали. Сплошные детали можно восстанавливать осадкой, прошивкой, обжатием, а полые - раздачей, осадкой, обжатием и вдавливанием кольцевых элементов в непосредственной близости от изношенной боковой поверхности. В случаях неравномерного износа дополнительно используются для управления течением металла фасонный инструмент, анизотропные контактные условия или секторный деформирующий элемент штампа. Все вышеизложенное определило цель и задачи диссертационной работы.

Вторая глава посвящена исследованию методов создания направленных потоков при пластической деформации металла для обеспечения требуемого объема металла в зоны износа восстанавливаемых деталей (табл. 1).

Таблица 1 - Классификация методов создания направленных потоков металла

№ п.п Метод управления течением металла Сущность метода

1 Управление за счет изменения формы инструмента Приводит к созданию потоков металла из-под инструмента, направленных согласно принципу наименьшего сопротивления перемещения точек деформируемого тела.

2 Управление контактными условиями за счет направления, величины шероховатости и дифференцированного нанесения смазки на гравюру инструмента Ведет к неоднородности ПД в результате возникновения касательных напряжений на контактных поверхностях. Величина сил трения зависит от шероховатости поверхности. Дифференцированное нанесение смазки усиливает неоднородность ПД, влияя на коэффициент трения на контактных поверхностях инструмента и заготовки.

3 Дифференцированный нагрев заготовки Ведет к неоднородности свойств и ПД нагретых и холодных участков заготовки из-за изменения предела текучести материала при нагреве.

4 Форма исходной заготовки Ведет к увеличению количества переходов штамповки при существенном различии между исходной формой заготовки и результатом конечного формоизменения.

В работе проведены дополнительные исследования влияния первых двух факторов на потоки металла при ПД (табл. 1). Это вызвано тем, что в литературе приведены лишь общие рекомендации, на основании которых

невозможно прогнозировать результаты конечного формоизменения при ПД, что недопустимо при восстановлении деталей. Влияние третьего фактора на течение металла при ПД достаточно широко освещено в трудах современных ученых - Е.И. Семенова, М.В. Сторожева, Г.А. Навроцкого, Я.М. Охрименко и др. Четвертый фактор в работе не рассматривался в связи с тем, что в процессах восстановления нет возможности управлять потоками металла за счет формы исходной заготовки, так как изношенная деталь, подвергаемая реновации, получает свою форму в процессе эксплуатации.

С экономической точки зрения формирование требуемой геометрической формы восстанавливаемой поверхности без ее ограничения в штампе является наиболее целесообразным. При этом значительно сокращаются издержки, связанные с изготовлением и ремонтом инструмента. В связи с этим в работе проводились исследования по влиянию формы и размеров инструмента на потоки металла и формоизменение свободной боковой поверхности деформируемых образцов.

Операция прошивки достаточно часто используется в технологических процессах ОМД при изготовлении деталей с углублением или отверстием, а также и при восстановлении деталей. Представление об особенностях влияния на формоизменение при прошивке формы торца инструмента можно получить, проведя анализ потоков металла для цилиндрических пуансонов, представленных на рис.2.

1 2 3 4 5 6 7

Рисунок 2 - Типовые формы пуансонов

Для удобства восприятия материала в тексте "используются лишь номера пуансонов (Х=1....7), представленных на рис.2 и классифицированных по форме торца.

На формоизменение боковой поверхности наибольшее влияние оказывает распределение поля деформаций, которое зависит от формы торца инструмента (рис. 2). Под плоскостью пуансона возникает область затрудненного течения металла (серый контур на рис. 3). В общем случае, размеры такой области и степень напряжений в ней обусловлены формой внедряемого инструмента, пластичностью материала, его вязкостью, трением и т.д. В конечном итоге это сказывается на формоизменении боковых поверхностей образца.

Л

Анализируя графики формоизменения образцов, пуансоны можно разделить на три группы: 1) Х= I и 2; 2) Х= 4 и 5; 3) Х= 3, 6 и 7.

Первая группа преимущественно производит осадку; третья группа раздвигает металл от центра образца к периферии; вторая - оказывает смешанное воздействие на образец.

Отличия в форме пуансонов первой группы состоит в том, что у пуансона Х= 2 на торце цилиндра есть небольшой конус с диаметром основания в два раза меньшим, чем у торца цилиндра. Формоизменение при внедрении пуансона Х= 2 происходит аналогично случаю с пуансоном Х= 1 (рис. 4), т.к. размеры конуса на торце пуансона таковы, что они практически не влияют на конечное формоизменение. Но, несмотря на малые размеры, конус все же оказывает некоторое влияние на формоизменение в начале процесса внедрения (рис. 5). При небольшой глубине внедрения металл расходится в стороны (рис. 5а), при дальнейшем внедрении раздвигающее действие конуса незначительно. На основании этого можно сделать вывод, что использование ступенчатых пуансонов для управления потоками металла с целью влияния на конечное формоизменение боковой поверхности при прошивке не целесообразно.

Пуансоны второй группы различаются между собой гораздо больше, чем пуансоны других групп. Отличие пуансонов первой и третьей групп между собой состоит в наличии небольших модификаций, которые незначительно влияют на формоизменение. Наиболее характерной чертой пуансонов первой группы является плоский торец, а третьей - наклонная к оси боковая поверхность. У пуансонов Х= 4 и 5 торец также состоит из поверхностей, не параллельных оси движения. Установлено, что при прошивке общее направление движения металла получается из сложения двух векторов: пластического (1) и переносного (2) перемещения металла. Пластическое перемещение металла обусловлено давлением пуансона и направлено по нормали к поверхности инструмента. Переносное перемещение металла направлено радиалыю. Суммарный вектор потоков металла при прошивке пуансонами Х=4 и Х=5 раздвигает металл преимущественно в радиальном направлении, и в меньшей степени осаживает образец по сравнению с пуансонами Х=1 и Х=2 (см. рис. 6).

Рисунок 3 - Распределение поля деформаций под торцом пуансона диаметром (1=0.71) при внедрении на глубину Ь=0,7Н (С и Н - диаметр и высота образна до прошивки)

а) о) в)

Рисунок 4 - Формоизменение при внедрении инструмента Х= 1 при относительном диаметре инструмента <1=0.70 и глубине внедрения: а) Ь = 0.3Н; б) Ь = 0.5Н; в) I, = 0.7Н

а)

Рисунок 5 - Формоизменение при внедрении инструмента Х= 2 при относительном диаметре инструмента с)=0.70 и глубине внедрения: а) Ь = О.ЗН; б) Ь = 0.5Н; в) Ь = 0.7Н

Ы

а)

б)

Формоизменение при

Рисунок 7 - Формоизменение при внедрении внедрении инструментов Х=4 (а) и 5 инструментов Х=3 (а); Х=6 (б) и Х=7 (в) при (б) при глубине внедрения Ь = 0.5Н и глубине внедрения Ь= 0.5Н и относительном относительном диаметре инструмента диаметре инструмента <1 = 0.51) (1=0.50

Различие в форме пуансонов третьей группы заключается в наличии небольшой торцевой части: у пуансона Х= 3 это закругление на конце конуса, а у Х= 6 и 7 - срезанный конус (пуансон Х= 7 отличается от Х= 6 меньшей величиной конусности).

При формоизменении, в данном случае, получается вариант с меньшей степенью осадки образца по сравнению с пуансоном Х= 5 , что является результатом уменьшения конусности торца пуансона. На рис. 7 показано формоизменение, характерное для инструментов третьей группы.

Установлено, что для уменьшения степени осадки наиболее предпочтительно использование следующих пуансонов (в порядке увеличения степени осадки): Х= 3, 6, 7, 5, 4, 2, 1, что подтверждает целесообразность деления инструмента натри группы в зависимости от получаемого формоизменения.

Наблюдаемая схожесть в распределении потоков металла при внедрении пуансонов с незначительной модификацией торца и анализ формоизменения трех групп пуансонов дает возможность предположить, что использование при прошивке пуансонов, отличающихся от представленных на рис. 2

(незначительные модификации), может быть не целесообразно, т.к. это не даст значительного изменения потоков металла.

Экспериментально установлено, что практически не влияют на течение металла при прошивке:

1) высота детали, т.к. проведенные исследования по прошивке цилиндрических образцов различной высоты показали идентичность формоизменения боковой поверхности (рис. 8);

2) марка стали детали (погрешность формоизменения боковой поверхности составляет не более 2.82% при восстановлении в горячем состоянии деталей из сталей Ст. 20, Ст. 45, 12Х18Н9Т, 20ХГНМ, ЗОХГСА, 35ХМ, 40X13, 40Х, ШХ15 и др).

Для получения зависимостей формоизменения образца при прошивке пуансонами, представленными на рис.2 (номера пуансонов Х=1...7), было произведено моделирование процесса деформации методом конечных элементов В програм- Рису"™ 8 - Сравнение формоизменения ме QForm 2D/3D для цилиндриче- °®раадов С„Н=П 0,750 скформои,менсниГ

' образцов с H = D при глубине внедрения L =

ских образцов С соотношением H/D= 0.5D (утолщенной линией показан контур 0,25; 0,5...2,5. Полученные результа- образца с н = 0,75D, наложенный на контур ты формоизменения De=F,(d, L), образца с н =D)

Dn=F2(d, L). Dcp=F3(d, L), H =F/d, L) (рис.9) были интерполированы в исследуемой области полиномом третьей степени с использованием математического аппарата, реализованного в программе Math CAD в виде: F(d, L) = A,dL2 + A2Ù + АХ2 + A4L + A5dL + A6d2L + A7+

+ A»d + A9d2 4- а л3 (!)

+ Al0d\

С помощью функций £)е=/г;(У, Ь), Dн=F2(d, Ь), Оср=Р3@, Ь), Ц установлено, что при малых глубинах внедрения и небольшом относительном диаметре пуансона (с! = 0,1-0,20) формоизменение боковой поверхности крайне незначительно и не представляет интереса с технологической точки зрения (серая область на рис. 10).

D

d/D

L/H

0.3

0.5

0.7

0.1 0,3 0,5 0.7 0.9

-Ц— ¿Г -----

1 (П — —

X» - Х=5 L

: |Е П-2 - ------ • х=е

— — Х«4

1 .. i П Г .1 ..

Рисунок 9 - Схема замеров образца после Рисунок 10 - Область применимости прошивки. Db, Dcp и Dh - диаметр образца прошивки при восстановлении боковой после прошивки в верхней, средней и нижней поверхности пуансонами, представлен-части соответственно, Н* - высота образца ными на рис. 2 (светлая область max (ADb, после прошивки ADcp, ADb) > 1 %)

Использование двусторонней прошивки в процессах восстановления деталей обусловлено наличием свободного места на торцах изношенного элемента детали. Для расчета формы и размеров инструмента при двусторонней прошивке, с целью получения требуемого формоизменения, деталь разбивается на верхнюю и нижнюю части (рис. 11). При этом каждая из частей рассматривается отдельно, а параметры инструмента определяются решением системы уравнений аналогично случаю односторонней прошивки. Трудность задачи заключается в том, что возможно большое количество вариантов разбиения детали на верхнюю и нижнюю части. Еще одной особенностью двусторонней прошивки является различие скоростей внедрения верхнего и нижнего пуансонов. Если какой-то из пуансонов внедрится на расчетную глубину (LB или LH) раньше другого, то помимо прошивки элемента произойдет его осадка за счет давления на торец детали поверхностью 1 или 2 (рис. 11), которая исказит формоизменение боковой поверхности детали. Для получения требуемого формоизменения боковой поверхности необходимо, чтобы пуансоны внедрились на рас-

четную глубину LB, LH одновременно, т.е. выполнялось условие:

hL

LH

va-tc

(2)

у"-Г у"

в н '

где Ь и Ь - глубины внедрения пуансонов, рассчитанные по системе уравнений

(рис. 11) для верхней и нижней части детали; Vе и Vм - скорости внедрения

верхнего и нижнего пуансонов; ^и/"- время внедрения верхнего и нижнего

пуансонов

э* = р,(с1в,1Лхв) Оспр = р2(<1МЛХв) = Р3 (ёв,Ьв,Хв) 0»=Р4(с1",Ьн,Хн)

Оиср = ?5(й\Ъи,Хн)

=

Рисунок 11 - Разбиение восстанавливаемой детали на части при двустороннем виезрении: Хв. Xй - номера пуансонов для восстановления верхней и нижней части детали

Таблица 2 - Коэффициент

Пуансон Ух

1 1.00

2 1.26

3 3.43

4 2.41

5 2.36

6 2.73

7 2 62

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0.7 0,8 0,9 Рисунок 12 - Значения размерных коэффициентов (Кл) в зависимости от относительного диаметра пуансона (1/0

Установлено, что при двусторонней прошивке на скорость внедрения в образец влияют два параметра инструмента - форма торца (X) и диаметр (с!) пуансона. Влияние этих параметров можно выразить через коэффициент формы (у ) и размерный коэффициент (\>л):

У = 1/х-уэт ^ (3)

где V- скорость внедрения инструмента произвольной формы (из представленных на рис. 2) и произвольного размера(с! = 0,1...0,90); Уэт - скорость движения эталонного пуансона (форма торца - Х=1, диаметр - с! = 0,70); Ух - коэффициент формы (табл. 2); Vразмерный коэффициент (рис. 12).

Отношение скоростей пуансонов можно рассчитать по формуле:

Vй у"-у"

а)

б)

в)

(4)

"х "л »

При двусторонней прошивке условие (2) позволяет подобрать такое разбиение детали, при котором достигается одновременность внедрения инструмента на расчетную глубину в верхней и нижней части.

Характер формоизменения образцов при прошивке пуансонами, отличными от цилиндрических, имеет свои особенности. При внедрении осе-симметричного инструмента потоки металла из-под торца пуансона равны по

абсолютной величине и направлены радиально. При внедрении нецилиндрических пуансонов потоки металла из-под пуансона распределяются в соответствии с принципом наименьшего сопротивления, сформулированным А.Ф. Головиным.

Суть данного принципа заключается в том, что перемещение любой точки тела в плоскости, перпендикулярной действию внешней силы, происходит по кратчайшей нормали к периметру сечения. При прошивке металл из-под торца пуансона вытекает по схеме, представленной на рис. 13, что приводит к неравномерному изменению боковой поверхности деформируемого цилиндрического образца. Аналогичная картина наблюдается и при деформировании образцов другой геометрической формы. При внедрении пуансонов квадратного, трапециевидного и треугольного сечения наблюдается преимущественное течение металла от граней, а со стороны углов инструмента формоизменение поверхности образца незначительно.

Полученные результаты показывают, что сечение пуансона, внедряемого в образец, является одним из существенных факторов, позволяющим влиять на потоки металла при прошивке, а, следовательно, и на формоизменение деформируемой заготовки. Для более подробного анализа потоков металла при внедрении неосесимметричных пуансонов проведен ряд экспериментов по внедрению пуансонов с лыской в цилиндрический образец.

Рисунок 13 - Потоки металла при внедрении пуансонов с квадратным (а), трапециевидным (б), треугольным (в) поперечным сечением. Штриховой линией указан исходный образец, стрелками - направления перемещения частиц металла

Для получения неосееимметричного инструмента цилиндрический пуансон (рис.14) был рассечен плоскостью, параллельной вертикальной оси, находящейся на расстоянии от оси пуансона г' = [0; 0,2г; 0,4г; 0,6г; 0,8г]. В результате внедрения пуансона (рис. 15) получены следующие варианты формоизменения:

• в сечении А-А - симметричное формоизменение образца (рис. 16);

• в сечении Б-Б формоизменение образца несимметрично относительно его оси (рис. 17).

Формоизменение в сечении А-А при внедрении пуансона с лыской соответствует формоизменению при внедрении цилиндрического пуансона, равного с ним по объему (см. рис. 16), с радиусом, рассчитанным по формуле:

I

V 2л ж

--г г sin -

Рисунок 14 - Пуансон с лыской

где г, -со на; г

2 ; (5)

радиус цилиндрического пуан-- радиус пуансона с лыской.

Сравнение и анализ полученных в сечении Б-Б (рис.17) результатов позволяют сделать следующие выводы:

Б-Б

А-А

1) вариант при 0 <г'<0,2г целесообразно использовать, когда необходимо получить максимальное формоизменение с одной стороны прошиваемой детали;

2) варианты при 0,2г <г'<0,6г целесообразно использовать, когда необходимо получить большее формоизменение с одной стороны внедряемого инструмента и меньшее с другой;

3) варианты при г' > 0,6г использовать нецелесообразно, т.к. в этих случаях более рациональным будет использование осесимметричных пуансонов.

Восстановление боковой поверхности кольцевых деталей, помимо операций раздачи, обжима, осадки, возможно внедрением кольцевых элементов в непосредственной близости от изношенной поверхности (рис.1). В связи с этим были проведены исследования влияния формы внедряемого инст-

Рисунок 15 - Образец после внедрения пуансона с лыской ( г' = Ог на глубину 0,ЗН; 1 - внедряемый пуансон, 2 - исследуемый образец, 3 - плита), на виде сверху пунктиром показана исходная форма образца

румента на течение металла при ПД с помощью компьютерного моделирования и на натурных образцах. Установлено, что для восстановления кольцевых деталей сечение деформирующего элемента штампа должно представлять собой односторонний клин с наклонной гранью, обращенной к восста-

навливаемой поверхности рис. 18 (с 1

0.3 5D

0,5D

пуансон с лыской

Рисунок 16 - Сравнение формоизменения образца в сечении А-А при внедрении пуансона с лыской (г = 0.25D и г' = 0) и цилиндрического^ = 0.35D и d = 0.5D) пуансона (L=0.3H)

штампа, и (или) же с помощью нанесения ориентированной шероховатости на гравюру штампа.

вмороженной" сеткой). Основное количество вытесняемого металла, при применении формы ДЭ штампа в виде одностороннего клина, движется в направлении изношенной поверхности, а часть металла, которая движется в противоположном направлении, практически не влияет на размеры и форму восстанавливаемой детали. Нежелательное течение металла может быть полностью устранено применением рациональной геометрии рабочих элементов штампа фиксирующими элементами, включенными в конструкцию

L = 0,ЗН

L = 0,7Н

Рисунок 18 - Модель внедрения штампа с поперечным сечением в виде одностороннего клина в кольцевую деталь

Рисунок 19 - Схема принятых обозначений геометрии следа штампа в восстанавливаемой кольцеобразной детали

В результате планирования эксперимента были получены формулы для вычисления глубины очага деформации и угла отгиба кромки восстанавливаемой поверхности (4) и (5) в зависимости от геометрии ДЭ штампа, выполненного в виде одностороннего клина (см. рис.19):

(б)и(7)

/ -2Т -0.7^»0.8/1,-0.2

/Л,

а - 71

-23р-т,*^'' \Ц.

где И, - глубина внедрения ДЭ штампа; Т- толщина ДЭ штампа; р- расстояние от кромки ДЭ до восстанавливаемой поверхности.

Для определения энергосиловых параметров процесса восстановления кольцевой детали в безоправочном штампе была построена математическая модель. Размеры ДЭ штампа для создания направленного течения к изношенной поверхности рассчитаны по формулам (6) и (7).

Ят

-ЛХ

б)

Рисунок 20 - Схема разбиения очага деформации на области с однородной деформацией при восстановлении внутренней (а) и наружной (б) поверхности кольцеобразной детали

Для построения математической модели процесса восстановления рассматривается напряженно-деформированное состояние восстанавливаемой детали в конечный момент деформирования. На рис. 20 показана половина сечения детали 1, деформируемая элементом 2; кольцевые прижимы 3 со специально обработанной поверхностью для создания зоны затрудненной

деформации в противоположном восстанавливаемой поверхности направлении.

Для решения задачи по определению усилия деформирования объем детали разделяется на четыре кольцевых области А, Б, В, Г, деформация в которых условно принимается однородной, а сдвиги сосредоточены на границах этих областей. Принимается, что области А и Б находятся в условно упругом состоянии, а Г и В в пластическом.

Поставленная задача была решена инженерным методом, в результате получены формулы для расчета энергосиловых параметров процесса внедрения. Конечная формула для определения усилия сопротивления деформированию областей однородной деформации при внедрении /-го ДЭ штампа в процессе восстановления внутренней поверхности будет иметь вид:

1 Я' ~ /?'.. Л'; •• /?:

1 + 1.155 1п о ~ , ~

Кг ¿2ь,) 1 02

(8 а)

Для наружной поверхности формула определения усилия примет вид: ^ = 2Ц(1 + 1.155 1п (8б)

где сг$-предел текучести материала детали; гы - расстояние от оси до Ог поверхности контакта детали с инструментом / ДЭ штампа (/=1 нижний ДЭ и ;=2 верхний ДЭ); Ят~ радиус, который требуется получить в результате восстановления; радиус цилиндрической поверхности / ДЭ штампа; /?/■, -расстояние от оси 02 до ближайшей к восстанавливаемой поверхности рабочей кромки г ДЭ штампа.

Зависимости для учета сдвигов на границах выделенных зон однородной деформации при внедрении г ДЭ при восстановлении внутренней (а) и наружной поверхности (б):

Р о» ,,,,„ - = ^рлДдТ - Р ;,Ьк „ Я4 Я ;>,).

р........= М~ я2,Ья- я„я~„ - 4я;I

(9 а)

(9 6)

Деформирующее усилие восстановления детали в безоправочном штампе определяется как сумма усилий внедрения ДЭ (8) и сдвига (9).

Для создания зоны затрудненной деформации с целью создания гарантированных потоков металла в сторону восстанавливаемой поверхности при внедрении элементов 2 прижимные кольца 3 рис. 20 с наружным радиусом Я„ и внутренним радиусом г„ воздействуют на образец с усилием равным

Р^х^йв\:гйг (10)

где /с- коэффициент трения.

Согласно исследованиям Крагельского И.В., Леванова А.Н., Колмогорова В.Л. Буркина С.П. и др. существенным фактором, влияющим на коэффициент трения при ПД, является шероховатость поверхности инструмента. При этом с увеличением высоты неровностей на поверхности инструмента практически всегда возрастает ¡л. Значения коэффициента трения при постоянном давлении могут различаться в 3-4 раза в зависимости от величины Ка (например, при Ка= 1,25 - /¿=0,12, а при 2< Яа <6 0,28</*<0,34). Применение же смазок при тех же значениях позволяет снижать р в 5-6 раз.

В уравнениях, описывающих граничные условия при ПД, присутствует коэффициент трения, который определяют исходя из изотропных условий трения на поверхности контакта штампа и деформируемой заготовки. Однако после технологической обработки шероховатость поверхностного слоя имеет ярко выраженное различие в своих характеристиках вдоль и поперек следов обработки. Следовательно, во многом зависящий от шероховатости поверхности инструмента при ПД в двух взаимно перпендикулярных направлениях, имеет различные значения. Сила трения в данном случае может быть разложена на два, взаимно перпендикулярных вектора, направленных параллельно (^ ) и перпендикулярно (т ) следам обработки поверхности инструмента. Согласно закону Зибеля, касательные напряжения на поверхности металла могут быть рассчитаны по формулам:

гх = т„ = Ни "Рк (11) И (12)

Для одной и той же величины шероховатости поверхности инструмента отношение касательных напряжений, параллельных и перпендикулярных направлению обработки, будет величиной постоянной при прочих равных условиях. Данное отношение обозначается буквой I и называется коэффициентом анизотропии трения.

т„ / тх = (//„ "ОА-У^ *ст.?)=/, / м = / (13)

В результате исследований установлено, что геометрическое место точек концов вектора силы трения в плоскости образует эллипс трения, построенный на полуосях Г± и г,7 . При I I эллипс трения становится окружностью, а анизотропный процесс трения переходит в изотропный.

Модуль величины касательных напряжений в произвольном направлении можно определить как длину вектора, проходящего через центр эллипса под углом в к оси ОХ и точку, лежащую на эллипсе. В результате получена формула для определения величины силы трения, направленной под углом в в виде

Т„ • (14)

Ф + (/2 - 1) С05 2 0 '

Форма эллипса трения и анализ формулы (14) позволяют сделать вывод, что величина тд имеет максимум при равенстве т0 = п_ Следовательно, для создания зон затрудненного течения необходимо, чтобы направление следов обработки на гравюре инструмента было перпендикулярно потокам металла при ПД, а величина среднего арифметического отклонения профиля шероховатости гравюры 2< Яа <6. Деформирование должно происходить без применения технологической смазки. Появление зон скольжения возможно при тв = г. При этом следы обработки на гравюре штампа должны быть направлены параллельно течению металла при ПД, а величина шероховатости гравюры 1,25. Процесс должен идти с применением технологической смазки.

В третьей главе представлены алгоритмы выбора рациональной геометрии деформирующего инструмента и формирования служебных свойств восстанавливаемых деталей ПД.

Рисунок 21 - Алгоритм выбора операции ОМД для восстановления сплошных осесиммет-ричных деталей

Для сокращения времени проектирования инструмента, удобства выбора способа восстановления ПД целесообразно данную процедуру реализовать в виде САПР. САПР в зависимости от геометрической формы восстанавливаемого элемента детали и расположения области износа, предлагает возможные варианты восстановления изношенной поверхности и рассчитывает геометрические размеры деформирующих элементов штампа. Схема

выбора способа реновации сплошных осесимметричных деталей приведена на рис. 21. На первом этапе рассматривается возможность применения осадки, как наиболее простой операции ОМД с точки зрения проектирования и изготовления инструмента. Принцип работы алгоритма выглядит следующим образом:

1. Определяется АЯ - допустимая величина уменьшения высоты детали.

2. Рассчитывается А Но- уменьшение высоты детали при восстановлении диаметра осадкой.

3. Если выполняется условие АН> АНо, выбирается осадка, в противном случае рассчитывается АНо.п. - уменьшение высоты детали при прошивке без ограничения боковой поверхности.

4. Если выполняется условие АН> АНо.п., то выбирается прошивка без ограничения боковой поверхности, в противном случае используют прошивку с ограничением боковой поверхности.

При расчете размеров деформирующего инструмента необходимо учитывать, что его объем определяется по формуле:

Vhhct = VH3 + VM0 + Vyr, (!5)

где Vn3 - объем износа; VM0 - объем механической обработки после восстановления; Vyr - объем потерь металла на угар.

Восстановление прошивкой возможно вдавливанием инструмента, как с одного, так и с двух торцов изношенного элемента детали.

Подбор формы и размеров инструмента при односторонней прошивке без ограничения боковой поверхности осуществляется по формулам Db~Fi(d, L), Du=F2(d, L). Dcp=F3(d, L), H =F/d, L). На первом этапе задаются Dog, Doer, Don', Dm. О/гл Ö/iv - верхний, средний и нижний диаметры детали до и после восстановления; Н и Н - высота детали до и после восстановления. Далее рассчитывается отношение Н / Dmwc и выбирается таблица коэффициентов Л,- (i = 1 -г-10) для функции (1), по которой будет осуществляться расчет формы и размеров инструмента. В программе коэффициенты Ai (i = 1 -г- 10) для каждого пуансона (рис. 2) представлены в виде таблиц H/D = 0,25; 0,5; ... 2,5. При выборе таблицы полученное соотношение для восстанавливаемого элемента детали DmaJH округляется до ближайшего большего, кратного 0,25, и выбирается соответствующая таблица. Из полученного списка вариантов пуансонов, позволяющих достичь требуемого формоизменения, выбирается вариант с наименьшей степенью осадки.

Преимущество двусторонней прошивки перед односторонней заключается в том, что в общем случае, при двустороннем внедрении получается более равномерная боковая поверхность или же необходимое формоизменение, при условии невозможности достичь его односторонней прошивкой. Главным условием использования двусторонней прошивки является наличие места для внедрения пуансонов с обоих торцов детали. Восстанавливаемый

элемент на первом этапе делится пополам, после чего обе части образца рассматриваются отдельно и подбор формы и размеров пуансона производятся как для односторонней прошивки. Затем производится проверка по условию (2), и при невыполнении условия производится корректировка схемы разбиения (Нв/Нн - отношение высоты верхней и нижней частей детали) до тех пор, пока не будет удовлетворено соотношение (2). При невозможности решения задачи формоизменения корректировкой величины Нв/Нн, задача решается корректировкой величин <1в и При этом получаемое формоизменение будет избыточным в той части детали, диаметр пуансона для которой будет увеличен. Если осадка при использовании найденных параметров инструмента больше допустимой, то применяется прошивка с ограничением боковой поверхности.

При проектировании техпроцесса восстановления сплошных неосе-симметричных деталей необходимо придерживаться следующих рекомендаций (см. рис. 22):

1) необходимо ограничить область внедрения инструмента, руководствуясь условием прочности детали при воздействии эксплуатационных нагрузок после восстановления;

3 ......,?... 2) форма передней поверхно-

сти пуансона (со стороны восстанавливаемой поверхности детали) должна быть эквидистантой к восстанавливаемой поверхности; 3) форма задней поверхности пуансона должна обеспечивать сохранение формы и размеров элемента де-Рисунок 22 - Головка разжимного кулака

тормозной системы автомобиля. Где 8 - тали' не нуждающегося в восстанов-минимально возможная толщина перемыч- лении;

кн после восстановлении, позволяющая 4) для определения формы ТОрца выдерживать эксплуатационные нагрузки; инструмента и глубины его внедре-I - восстанавливаемая поверхность; 2 - г

поверхность, не нуждающаяся в восстанов- ния необходимо проведение допол-ленни; 3 - область внедрения инструмента нительных исследований В каждом

отдельном случае.

При проектировании технологических операций восстановления полых деталей необходимо придерживаться алгоритмов для восстановления изношенного наружного или внутреннего диаметра (рис. 23 и 24). После ввода параметров изношенной детали (Во, Н- изношенный диаметр и высота детали до восстановления) проводится расчет параметров операции осадки для достижения требуемого формоизменения (0гдиаметр после восстановления, V- объем изношенного металла). Если уменьшение высоты детали при осадке не выходит за пределы допустимых величин, то пользователю

выводятся параметры операции «осадка». В случае невозможности изменения высоты на данную величину проводится расчет параметров операции восстановления внедрением деформирующих элементов (формулы 6 и 7). Если же подобрать удовлетворительные параметры процесса внедрения не представляется возможным, то рекомендуется применение восстановления обжатием (рис. 23) или раздачей (рис. 24) при условии, если конструкция детали не содержит элементов, изменение размеров и формы которых не приведут к потере эксплуатационных свойств.

^ Начало ^

исходны* данных:

I

Расчет параметров формоизменения при осадке (ДН<э.

ар

Расчет объема деформирующих элементов штампа 0/э)

С^з-Уиз-Умо^/г 2 0^

нет 1 ) Корректировка ^ значений р, Из. Т

Ограничение области внедрения деформирующих элементов штампа Отах, Отт

Расчет размеров деформирующих элементов штампа при условии р=Ьз*Т

Рисунок 23 - Алгоритм выбора операции и расчета геометрии инструмента при восстановлении внутреннего диаметра полых деталей

Восстановление полной работоспособности изношенных деталей должно вестись с приданием им начальных размеров, правильной геометрической формы и поверхностных свойств, превде всего твердости, поскольку все свойства сердцевины сохраняются, если не считать отдельных случаев зарождения усталостных трещин в процессе изнашивания.

На процесс формирования оптимальных структурных состояний металла и соответствующих им прочностных показателей решающим образом влияет технологическая структура обработки детали. Принципиальная схема формирования служебных свойств в системе производства представлена на рис. 25 , где: 5г< - исходные свойства металла; 5с- служебные свойства деталей; а, г - маршруты обработки с косвенным влиянием технологии пластического формообразования (ТПФ) на 5с; в, б - маршруты обработки с непосредственным влиянием на 5с; д, е - маршруты обработки без влияния ТПФ на 5с; Н- нормализация; 7У- термоулучшение; РО - рекристаллизационный отжиг; ДО - диффузионный отжиг; СфО - сфероидизирующий отжиг; СО -смягчающий отжиг; ОПС - отжиг на перлитную структуру; ОКЗ - отжиг на крупное зерно; 30 - закалка + отпуск; ХТО - химико-термическая обработка; ФО — физическая обработка (лазерная, плазменная и т.п.); ТЦО - термоциклическая обработка; ХОШ- холодная объемная штамповка; НТМО и ВТМО -штамповка в режиме низко- и высокотемпературной термомеханической обработки; ВШ - высокоскоростная штамповка; СПШ - штамповка в условиях

Рисунок 24 - Алгоритм выбора операции и расчета геометрии инструмента при восстановлении наружного диаметра полых деталей

изотермическая штамповка. Изменение свойств металла в процессе реновации деталей целесообразно анализировать с учетом технологической наследственности. Качество деталей определяется не только финишной, но и особенностями всех предшествующих ей операций и технологических процессов. Носителями наследственной информации являются химический состав, структура материала и связанные с ней механические и другие свойства. Для достижения высоких показателей свойств металла деталей необходимо учитывать, а лучше - управлять технологическим наследованием. Свойства, позитивно влияющие на качество детали, необходимо сохранять и развивать, а отрицательные свойства желательно ликвидировать на начальных стадиях обработки.

. — Исходные свойства металла ви

т

Термообработка обеспечения штамлуемости металла 1

н | ту ГО | ДО [ С,0 | со | нзгреп

1

1-- 1 Технологические свойства (промежуточные) металла

Термическая объемная штамповка

нтмо ПГСШ I ВТМО БШ

Финишная (чистовая) обработка

I

Заключительная термо-фииико-химическая обработка

30 ХТО ФО ТЦО |

Термообработка обеспечения обрабатываемое г и резэниа

н ТУ РО со[ до|опс|окз

Тех но; да пческ^'-трслмжутпчны'?»

ч-1-

I ♦

Зерновая обработка

Служебные /окснча(¿леные) сзойетеа детали

Рисунок 25 - Схема формирования технологических и служебных свойств металла

Более высокий уровень механических свойств деталей, восстановленных с использованием ПД, обусловлен специфичным влиянием последней на микро- и макроструктуру металла. Правильно назначенные режимы пластического формоизменения способствуют: устранению пористости литой структуры; заварке макродефектов типа трещин; дроблению и рациональной ориентации неметаллических включений; перераспределению ликвационных зон; формированию волокнистой структуры и текстуры деформации, измельчению суб- и макрозерна; дроблению карбидных фаз и уменьшению карбидной неоднородности и т.п.

Методику выбора рациональных технологических параметров, обеспечивающих достижение высокопрочного состояния сталей после горячей деформации, можно рассмотреть в зависимости от комплексного влияния технологических факторов на формирование промежуточных и окончательных структур в горячедеформированном и впоследствии охлажденном металле восстанавливаемой детали, может быть проанализировано при совместном рассмотрении (рис. 26) диаграммы структурных состояния стали ЩСС-поз. а), температурно-временной диаграммы технологического процесса (ТВД - поз. б), термокинетической диаграммы распада переохлажденного аустенита (ДРА - поз. в).

Рисунок 26 - Схема выбора допустимых интервалов температур ДТ, скоростей деформации 4 £ , длительности последеформационной паузы Д т, обеспечивающих образование (при горячем деформировании и последующем охлаждении стали) динамически полигонизо-ваиной структуры аустенита и ее закалку на мартенсит; Та, Тнд, Ткд - температуры ау-стенизации, начала и конца деформации; £ „¡„, „„- скорости деформации: минимально допустимая по производительности или технической характеристике оборудования, максимально допустимая для образования указанного типа структуры; П - область допустимых значений температур и скоростей деформации; т„- длительность инкубационного периода статической рекристаллизации

ДСС характеризует виды структур, образующихся в горячедеформи-руемом аустените в зависимости от температуры и скорости деформации (где ОЯ-динамическая полигонизация, йР-динамическая рекристаллизация).

ТВД отображает характер изменения температуры металла в некоторой зоне заготовки при реализации технологического процесса обработки давлением. На диаграмме обозначены особые точки: Та - температура нагрева (ау-стенизации) металла перед обработкой; Т„„, ТкЛ-температуры начала и конца

деформации; Т„ - температура начала интенсивного охлаждения (закалки) обработанной заготовки.

ДРА характеризует кинетику фазовых превращений и структурообра-зование при непрерывном охлаждении стали из аустенитной фазы.

Диаграммы имеют следующие области превращений: ферритную (Ф); перлитную (/7); промежуточную (Пр) и мартенситную (М).

Выбор параметров технологического процесса горячего формоизменения при восстановлении деталей, реализуемых в режиме ВТМО, следует производить с учетом условий эксплуатации детали и технологии, последующей за ПД механообработки. Для деталей ответственного назначения, конструк-торско-технологические признаки которых допускают изготовление без лезвийной обработки резанием, целесообразна обработка давлением по режимам ВТМО, обеспечивающим наибольшее упрочнение (нагрев до температур 1100+10°С для аустенизации стали и увеличения размера зерна; подстужива-ние до температуры 900±10°С; горячая деформация на предварительных формоизменяющих переходах с целью наибольшего приближения к окончательной форме детали, чтобы завершение формообразования на заключительном переходе не потребовало больших 25<езп<35% деформаций; реализация заключительного перехода в интервале температур 870...820°С и скоростей деформации, исключающих прохождение в горячедеформируемом аустените процесса динамической рекристаллизации в объеме, превышающем 20-25%; интенсивное охлаждение со скоростью больше критической для используемой охлаждающей среды, при этом время последеформационной паузы перед охлаждением А г не должно превышать длительности инкубационного периода процесса статической рекристаллизации т„; низкий отпуск при температуре 150±10°С или выполнение закалки в режиме прерванного охлаждения, что позволит провести отпуск без дополнительного расхода энергии за счет тепла внутренних объемов металла).

Для сталей, имеющих исходную крупнозернистую структуру, а также содержащих в составе легирующих элементов Сг, Мо, Со, 81 к особенно V и необходимость в аустенизации при более высоких температурах, чем температура начала деформации Тш1, отпадает и нагрев ведется сразу до температур, обеспечивающих преимущественное протекание при горячей деформации динамической полигонизации.

При восстановлении деталей сложной формы и необходимости упрочнения отдельных, наиболее нагруженных при эксплуатации, ее сечений, на предварительных переходах формоизменения в области этих сечений следует формировать специальный технологический припуск с размерами, гарантирующими, при его деформировании на заключительном переходе, попадание в область параметров ВТМО, при которых в горячедеформируемом аустените формируется субструктура динамической полигонизации.

Если деталь содержит конструктивные элементы, требующие после штамповки лезвийной механообработки, то для обеспечения обрабатываемости резанием после ВТМО следует проводить высокий отпуск или контролируемое охлаждение, гарантирующие получение приемлемой твердости и повышенные механические свойства.

Четвертая глава содержит описание технологии, конструкции и принципа работы штампов для реновации изношенных деталей.

На рис. 27 представлена принципиальная схема штампа для восстановления кольцевых деталей. Штамп содержит верхнюю 1 и нижнюю 2 плиты с установленными на них матрицей 3, пуансоном 4, с рабочими поверхностями, имеющими деформирующую часть 5, образующую зуб, выполненный в виде остроконечного клина, наклонная грань которого направлена в сторону изношенной поверхности, и образующую часть, выполненную в виде направляющего конуса 6. На нижней 2 и верхней 1 плитах за деформирующей частью 5 установлены прижимные кольца 7, контактная поверхность которых выполнена шероховатой (2< Яа <6). Остальная поверхность штампа обработана шлифованием /?а= 1,25 мкм. Кольца 7 прижимаются к детали пружинами 8. Для того, чтобы исключить деформирование неизношенной части детали 9 в штампе, используются штифты 10. Чтобы избежать деформации восстановленной детали в момент выталкивания в штампе предусмотрен кольцевой выталкиватель 11, распределяющий выталкивающую силу равно-

При сближении верхней и нижней половин штампа с деталью 9 вначале соприкасаются прижимные кольца 7 со специально обработанной контактной поверхностью точением (2< Ла <6). При этом, под действием пружин 8, создается напряженное состояние в при-контактном слое детали 9, что и приводит к появлению зоны затрудненного течения. При дальнейшем сближении половин штампа в тело внедряются ДЭ 5 пуансона 4 и матрицы 3 и вытесняют металл в направлении изношенной поверхности.

В случае, если деталь не имеет сплошной зоны для внедрения штампа, вследствие наличия отверстий, пазов и т.д. в непосредственной близости от

мерно по плоскости детали.

1 10 7 8 зона затрудненного

кольцевых детален

восстанавливаемой поверхности, то возможно внедрение сегментов ДЭ штампа в нескольких местах.

шарового пальца разовым пуансоном

Сплошные детали по форме восстанавливаемого элемента можно разделить на осесимметричные и несимметричные. Схема восстановления осе-симметричных деталей раздачей прошивкой представлена на рис. 28 на примере детали «шаровой палец». Для создания анизотропных условий трения при пластическом деформировании на гравюре матрицы созданы зоны прилипания 4 (точение 2< На <6) и зоны скольжения 3 (шлифование Я.а=1,25 мкм). На рисунке также указаны полукольца 2, а также кольцо 6, восстанавливаемая деталь 1, стрелками 5 показаны потоки металла. За счет характерной формы внедряемого инструмента и направления течения металла, указанного на рисунке, деталь после восстановления принимает требуемую форму.

Для восстановления деталей прошивкой традиционно используется многоразовый инструмент. Однако в ряде случаев применить многоразовый инструмент невозможно по ряду причин, а именно:

1) при отношении высоты (Ъ) к диаметру^ инструмента > 2,5 происходит потеря устойчивости, что приводит к поломке инструмента;

2) при ё < 20 мм не обеспечивается достаточная стойкость инструмента из-за быстрого его нагрева. В данном случае прошивка многоразовым инструментом возможна при условии, если процесс идет с низкой производительностью и пуансон остывает до 300-400°С перед каждым последующим внедрением;

3) на поверхности детали после прошивки недопустимо наличие полости.

В связи с этим в качестве деформирующего инструмента во многих случаях можно использовать разовый деформирующий инструмент, который после внедрения образует с деталью неразъемное соединение.

Получение неразъемного соединения обеспечивается термическим натягом и диффузионными процессами, протекающими при прошивке и после

нее. Деформирование разовым инструментом позволяет применять боковую поддержку в виде бандажных элементов в конструкции штампа, что исключает потерю его устойчивости при А/У >2,5 (рис. 29).

Восстановление диаметра шипа крестовины 1 в матрице 3 обеспечивается перемещением материала из сердцевины в область изношенной поверхности за счет внедрения разового инструмента 2 толкателем 5. Обойма 4 используется для предотвращения потери устойчивости разового инструмента.

Рисунок 30 - Область износа Рисунок 31 - Моделирование процесса восетанов-раэжимного кулака лення разжимного кулака

Способ восстановления несимметричных сплошных деталей сложной формы рассмотрен на примере разжимного кулака (рис. 30). Схема восстановления разжимного кулака двумя рассечёнными пуансонами с шаровидными торцами представлен на рис. 31.

Основные результаты и выводы:

1. В процессах восстановления прошивкой на потоки металла, а, следовательно, и на получение требуемого формоизменения боковой поверхности изношенного элемента детали влияют: размеры инструмента и образца, форма торца инструмента, его поперечное сечение и глубина внедрения.

2. Разработана математическая модель, связывающая течение металла при прошивке с размерами цилиндрического инструмента и образца, формой торца инструмента и глубиной его внедрения. Анализ модели позволил получить графическую зависимость, отображающую область применимости прошивки для восстановления боковой поверхности детали, на которой показано, что при малых глубинах внедрения (<0,05 высоты детали) и небольшом диаметре пуансона (0,1-Ю,2 диаметра детали) формоизменение боковой поверхности образца не представляет интереса с технологической точки зрения при использовании цилиндрических пуансонов с любой формой торца.

3. Определена рациональная форма поперечного сечения внедряемого штампа для восстановления изношенных деталей кольцеобразной формы, представляющая собой варианты одностороннего клина и получены уравне-

ния регрессии, связывающие размеры очага ПД с геометрическими параметрами инструмента. Наиболее значимыми факторами, влияющими на размеры очага ПД, являются: толщина деформирующего элемента штампа, глубина внедрения и расстояние до восстанавливаемой поверхности.

4. Предложена методика прогнозирования формоизменения цилиндрических образцов при восстановлении изношенных элементов деталей двусторонней прошивкой, учитывающая величину относительных скоростей внедрения верхнего и нижнего пуансонов, зависящих от формы торца и диаметров внедряемых пуансонов, позволяющая добиться заданного формоизменения при минимальной степени осадки детали.

5. Создание направленных потоков металла в область изношенной поверхности при восстановлении деталей возможно за счет управления контактными условиями на гравюре инструмента, влияющими на величину сил трения. Для создания зон затрудненного течения необходимо, чтобы направление следов обработки на гравюре инструмента было перпендикулярно потокам металла при ПД, а величина среднего арифметического отклонения профиля шероховатости гравюры 2< Яа <6. Деформирование должно происходить без применения технологической смазки. Появление зон скольжения наблюдается при нанесении на гравюре штампа шероховатости Яа= 1,25, при этом следы обработки должны быть направлены параллельно течению металла при ПД. Процесс должен идти с применением технологической смазки.

6. Предложена методика формирования служебных свойств восстанавливаемых деталей с использованием термомеханической обработки, позволяющая в зависимости от температурно-скоростных условий деформирования, времени последеформационной паузы, скорости охлаждения формировать требуемые эксплуатационные свойства стальных деталей за счет реализации процесса контролируемого структурообразования по механизму динамической полигонизации и рекристаллизации, позволяющего влиять на прочность восстанавливаемых деталей в пределах 15%.

7. Для создания эффективного течения металла в процессах реновации в направлении изношенных элементов деталей типа «разжимной кулак», необходимо деформирование двумя, симметрично расположенными, рассеченными вдоль оси симметрии, цилиндрическими пуансонами с шаровидным торцом.

8. На основании результатов исследования влияния геометрических параметров инструмента на потоки металла при пластической деформации создан САПР выбора наиболее рациональной операции ОМД и расчета формы и размеров деформирующих элементов штампа с целью получения требуемого формоизменения при восстановлении деталей ПД.

9. Опробованы и приняты к внедрению технологические процессы восстановления деталей типа «шаровых пальцев», «разжимных кулаков» и

«колец синхронизатора», защищенные патентами 2163175, 2238832, 2371292, 2376121.

Основные результаты диссертации отражены в работах:

1. Панкратов, Д.Л. Реновация деталей пластической деформацией. /Шибаков В.Г., Панкратов Д.Л. - М.: Машиностроение, 2000.-219 с.

2. Панкратов, Д.Л. Выбор рационального термомеханического режима восстановления деталей автомобиля пластической деформацией./Панкратов Д.Л. [и др.]//Кузнечно-штамповочное производство. - 2009. - № 6. - С. 44-47.

3. Панкратов, Д.Л. Износ разжимного кулака и тормозные характеристики автомобиля./ Шибаков В.Г., Панкратов Д.Л., Швеев А.И. //Автомобильная промышленность. - 2008.-№ 8,- С. 28-29.

4. Панкратов, Д.Л. Опыт применения пакета QForm 3D для моделирования штампов восстановления рабочих поверхностей разжимных кулаков тормозной системы./Шибаков В.Г., Панкратов Д.Л., Швеев А.И., Зиганшин Р.Ф.//Автомобильная промышленность. - 2008,- № 2,- С. 34-35.

5. Панкратов, Д.Л. Исследование восстановления и усталостной прочности изношенных деталей при реновации пластическим деформированием. /Шибаков В.Г., Панкратов Д.Л., Фролов А.М.//Кузнечно-штамповочное производство.- 2004. - №10,- С. 29-33.

6. Панкратов, Д.Л. Реновация кольцевых деталей пластическим деформированием на основе регулирования условий трения и формы инструмента./ Панкратов Д.Л.//Кузнечно-штамповочное производство. - 2004. -№10- С. 25-29.

7. Панкратов, Д.Л. Формоизменение изношенной детали при ее восстановлении с помощью симметричного и несимметричного инструмента. /Шибаков В.Г., Панкратов Д.Л., Зиганшин Р.Ф.//Кузнечно-штамповочное производство. - 2009. - № 3. - С. 41 -44.

8. Панкратов, Д.Л. Восстановление деталей типа крестовин пластической деформацией разовым инструментом./Шибаков В.Г., Панкратов Д.Л., Вапиев А.М.//Кузнечно-штамповочное производство. - 2009. - № 2. - С. 42-44.

9. Панкратов, Д.Л. Восстановление изношенных поверхностей деталей пластической деформацией./ Панкратов Д.Л., Зиганшин Р.Ф., Танеев Р.Н. //Кузнечно-штамповочное производство. -2006.- №3,- С. 30-33.

10. Панкратов, Д.Л. Особенности пластического течения металла при прошивке пуансонами с различной формой торца./Шибаков В.Г., Панкратов Д.Л., Зиганшин Р.Ф.//Кузнечно-штамповочное производство. - 2009. -№ 10. -С. 29-35.

11. Панкратов, Д.Л. Алгоритмы проектирования технологических процессов восстановления деталей автомобилей./Панкратов Д.Л. [и др.]// Автомобильная промышленность. - 2009.-№ 9. -. С. 16-18.

12. Панкратов, Д.Л. Прошивка как способ восстановления геометрических характеристик деталей. /Панкратов Д.Л. [и др.]// Автомобильная промышленность. -№11. Москва, 2009г. С. 26-28.

13. Патент № 2163175 Российская Федерация, МКИ7 B21D3/10, В23Р6/00. Штамп для восстановления осесимметричных кольцевых деталей/ Шибаков В.Г., Панкратов Д.Л. - 99111910/02 заявл. 01.06.1999 опубл. 20.02.2001; Бюл. .№5.

14. Патент № 2238832 Российская Федерация, МКИ7В23Р6/00. Способ и устройство восстановления шаровых элементов деталей методом пластического деформирования/Шибаков В.Г., Панкратов Д.Л., Фролов A.M. -2003109298/02 заявл. 02.04.2003 опубл. 27.10.2004; Бюл. №30.

15. Патент № 2371292 Российская Федерация, МПК В23Р6/00. Способ и устройство для восстановления осесимметричных деталей с канавкой и уклоном в стержневой части методом пластического деформирования/Шибаков В.Г., Панкратов Д.Л., Зиганшин Р.Ф. - 2008103843/02 заявл 31.01.2008 опубл. 27.10.2009; Бюл. № 30.

16. Патент № 2376121 Российская Федерация, МПК В23Р6/00. Способ и устройство для восстановления деталей типа «разжимной кулак» методом пластического деформирования/Шибаков В.Г., Панкратов Д.Л., Зиганшин Р.Ф., Швеев А.И. - 2008103841/02 заявл. 31.01.2008 опубл. 20.12.2009; Бюл.№ 35..

17. Панкратов, Д.Л. Применение пакета Q FORM 3D для восстановления рабочих поверхностей разжимных кулаков тормозной системы автомобиля./ Шибаков В.Г., Панкратов Д.Л., Швеев А.И., Зиганшин Р.Ф.//Материалы Международного сборника научных трудов №38. Прогрессивные технологии и системы машиностроения. Донецк: ВАК Украина, 2009.-С. 243-248

18. Панкратов, Д.Л. Система автоматизированного проектирования инструмента для восстановления осесимметричных деталей автомобилей. /Шибаков В.Г., Панкратов Д.Л., Жигулев И.О. //В сб. статей Международной научно-практической конференции «ICATS 99». Казань: 1999,- С. 262-265.

19. Панкратов, Д.Л. Применение методов обработки металлов давлением в процессах восстановления деталей машин и механизмов./Шибаков В.Г., Панкратов Д.Л., Жигулев И.О.//В сб. статей Международной научно-технической конференции «Прогрессивные методы и технологии получения и обработки конструкционных материалов и покрытий». Волгоград: 1999.- С. 81-83.

20. Панкратов, Д.Л. Характер влияния износа разжимного кулака на безопасность автомобиля./ Шибаков В.Г., Панкратов Д.Л., Швеев А.И.//Материалы V Международной научно-технической конференции. Пенза: 2008,- С. 42-43.

Подписано в печать 11.05.10 г. Формат 60x84/16 Бумага офсетная Печать ризографическая Уч.-изд.л. 2,0 Усл.-печ.л. 2,0 Тираж 100 экз.

Заказ 1779 Издательско-полиграфический центр Камской государственной инженерно-экономической академии

423810, г. Набережные Челны, Новый город, проспект Мира, 68/19 тел./факс (8552) 39-65-99 e-mail: ic@ineka.ru

Введение

СОДЕРЖАНИЕ

Глава 1 Сопоставительный анализ способов реновации деталей пластической деформацией и проектирования технологических процессов восстановления.

1.1. Причины отказов деталей.

1.2. Сопоставительный анализ способов восстановления деталей.

1.3. Влияние нагрева и пластической деформации на структуру и свойства восстанавливаемых деталей.

1.4. Моделирование процесса восстановления на ЭВМ.

1.5. Автоматизация проектирования штампового инструмента.

1.6. Возможности управления направлением течения металла путем вариации контактных условий.

1.7. Постановка задач исследования.

Глава 2 Исследование течения металла при пластической деформации в зависимости от величины и направления шероховатости на контактных поверхностях и геометрии внедряемого инструмента.

2.1. Управление потоками металла за счет формы инструмента.

2.1.1. Особенности пластического течения металла при прошивке пуансонами с различной формой торца.

2.1.2. Формоизменение цилиндрических образцов при двусторонней прошивке.

2.1.3. Исследование особенностей формоизменения при прошивке нецилиндрическими пуансонами.

2.1.4. Сравнительный анализ формоизменения в случаях внедрения симметричного и несимметричного инструмента.

2.2. Исследование влияния геометрических параметров деформирующего элемента внедряемого штампа на очаг пластической деформации при восстановлении кольцевых деталей.

2.2.1. Компьютерное моделирование напряженно-деформированного состояния процесса внедрения штампа в кольцевой образец.

2.2.2. Исследование влияния геометрических параметров деформирующего элемента внедряемого штампа на очаг пластической деформации кольцевых деталей.

2.2.3. Уравнения регрессии, связывающие геометрию штампа и глубину очага пластической деформации при восстановлении кольцевых деталей.

2.2.4 Модель процесса внедрения штампа при восстановлении кольцевой детали.

2.3. Анализ формоизменения кольцевых образцов при осадке в условиях анизотропии трения на контактной поверхности.

2.3.1. Результаты экспериментальных исследований формоизменения кольцевых образцов при осадке в зависимости от контактных условий

2.3.2. Исследование анизотропных условий трения при пластической деформации.

2.3.3. Влияние параметров шероховатости на коэффициент трения при пластической деформации.

Глава 3. Алгоритмы формирования служебных свойств восстановленных деталей и выбора рациональной геометрии деформирующего инструмента для процессов реновации пластической деформацией.

3.1. Разработка алгоритма подсистемы САПР для процессов восстановления операциями обработки давлением.

3.1.1. Алгоритм проектирования инструмента при восстановлении сплошных деталей операциями ОМД.

3.1.2. Алгоритм проектирования инструмента при восстановлении кольцевых деталей операциями ОМД.

3.2. Влияние термомеханического режима технологического процесса реновации на формирование служебных свойств восстанавливаемых деталей.

3.2.1. Влияние горячей деформации на структуру металла и свойства конструкционных сталей.

3.2.2. Модели формирования свойств стали горячей деформацией в режиме ВТМО.

3.2.3. Методика выбора рациональных технологических параметров, обеспечивающих достижение высокопрочного состояния сталей после горячей деформации.

3.2.4. Обрабатываемость металла резанием после ВТМО.

3.2.5.Выбор режимов ВТМО при восстановлении деталей.

Глава 4 Разработка технологических процессов восстановления изношенных деталей пластической деформацией.

4.1. Исследование степени износа рабочей поверхности деталей после эксплуатации.

4.1.1. Исследование причин потери работоспособности разжимных кулаков.

4.1.2. Исследование причин потери работоспособности шаровых пальцев реактивной штанги.

4.1.3. Исследование причин потери работоспособности крестовин межосевого дифференциала автомобиля КАМАЗ-5320.

4.1 .4. Исследование причин потери работоспособности колец синхронизатора.

4.2. Примеры технологических процессов восстановления деталей пластической деформацией.

4.2.1. Разработка конструкции штампа для восстановлении изношенных осесимметричных кольцеобразных деталей пластической деформацией.

4.2.2. Разработка конструкции штампа для восстановления изношенных сплошных деталей пластической деформацией целенаправленными потоками металла в область износа.

4.3. Выбор рационального термомеханического режима восстановления деталей автомобиля пластической деформацией.

Актуальность проблемы. Согласно статистическим данным «Автостата», парк грузовой техники России на данный момент времени на 80% состоит из автомобилей, срок службы которых превышает 10 лет. Несколько лучшая картина наблюдается с парком легковых автомобилей (9,11 млн. десятилетних автомобилей). Данная ситуация приводит к увеличению расхода запасных частей не только за счет роста автомобильного парка, но и в расчете на один автомобиль.

Мировая практика выработала достаточно эффективный способ обеспечения стареющего автомобильного парка запасными частями -резервирование гибких переналаживаемых мощностей (до 60% резервных мощностей крупные автомобильные фирмы используют для производства запасных частей на основе оперативных заявок) или развитая сеть предприятий по восстановлению деталей. Дополнительный толчок к развитию предприятий по восстановлению изношенных деталей даст, принятая во многих развитых странах, программа по утилизации старых автомобилей. Целью данной программы является вторичное использование 85% материалов от сухой массы автомобиля. Для новых моделей этот показатель должен быть достигнут к 2014 году. На восстановление деталей расходуется меньше металла, электроэнергии и труда, чем на изготовление новых. Экономическая целесообразность восстановления деталей определяется тем, что большая часть их выходит из строя вследствие естественного изнашивание рабочих поверхностей, сопровождаемого незначительной потерей металла по весу (не более 0,2 - 0,3% [1]). Себестоимость большинства восстановленных деталей не превышает 1030% себестоимости новых [2].

В ремонтном производстве на данный момент широко используются такие способы восстановления, как сварка, наплавка, металлизация и т.д. Однако, данные способы, обладающие широкой универсальностью, имеют ряд недостатков. Деталь, восстановленная данными способами, получает первоначальную форму и размеры, но при этом присоединенный слой металла имеет совершенно иную структуру и соответственно другие эксплуатационные свойства. Это в свою очередь приводит к снижению срока службы восстановленной детали. Вторым недостатком является невозможность нанесения значительного по толщине присоединенного слоя металла, чтобы компенсировать износ поверхности.

Одним из перспективных способов реновации деталей, изготовленных из металлических материалов, является обработка металлов давлением. Технологические процессы обработки давлением, по сравнению с вышеперечисленными методами восстановления, имеют ряд преимуществ: формоизменение происходит в штампах достаточно простой конструкции на существующем кузнечно-прессовом оборудовании с применением стандартных средств автоматизации и механизации. При этом, в процессе реновации горячей пластической деформацией, помимо достижения утилитарных целей, таких как восстановление формы и размеров изношенной поверхности, возможно получение требуемой микроструктуры металла восстанавливаемой детали, позволяющей увеличить ее ресурс практически вдвое за счет последующей термомеханической обработки.

Однако пластической деформацией на данный момент времени в основном восстанавливаются детали только простой конфигурации. Это связано с трудностями создания целенаправленного переноса объема металла в изношенные области восстанавливаемых деталей посредством управления потоками пластически деформируемого металла.

Исходя из этого, целью данной работы является разработка научно обоснованных способов восстановления деталей направленной пластической деформацией за счет переноса определенного объема металла в изношенную область.

Для реализации этой цели решались следующие задачи:

1. Разработка методов управления контактными условиями для создания потоков направленного течения металла при пластической деформации;

2. Исследование влияния формы инструмента на направленное течение металла при пластической деформации;

3. Разработка САПР выбора способа восстановления и расчета формы и размеров рабочих элементов штампа для процессов восстановления деталей пластической деформацией;

4. Разработка математической модели расчета энергосиловых параметров процесса восстановления деталей;

5. Исследование влияния технологического режима процесса реновации на формирование требуемых служебных свойств восстанавливаемых деталей.

Объектом исследования являются процессы восстановления изношенных элементов деталей направленными потоками пластической деформации.

Предмет исследования. Управление потоками металла в процессах пластического деформирования посредством вариации контактных условий, формы, размеров деформирующего инструмента и исследование влияния режимов восстановления на структурообразование и эксплуатационные свойства стали при пластической деформации.

Методы исследования.

Исследование осуществляли по следующим направлениям: а) исследовали формоизменение образцов при осадке в условиях анизотропии трения на контактных поверхностях с заданной шероховатостью; б) определяли коэффициент трения методом осадки кольцевых образцов на бойках, контактная поверхность которых обработана различными режущими инструментами; в) исследовали потоки металла при внедрении в кольцевые образцы штампов с деформирующими элементами различного поперечного сечения; г) исследовали влияние геометрических параметров инструмента на формоизменение образцов при прошивке; д) исследовали влияние термомеханического режима технологического процесса реновации на формирование служебных свойств восстанавливаемых деталей.

Численное моделирование течения металла в процессе восстановления осуществляли методом конечных элементов с помощью программ «Рапид» и СХРогт 2Т)/ЪТ). Компьютерное моделирование использовали для исследования влияния геометрической формы инструмента на течение металла в штампе.

Проведение факторного эксперимента осуществляли с целью получения уравнений регрессии, связывающих размеры очага пластической деформации с геометрическими параметрами деформирующих элементов штампа.

Теоретическое исследование энергосиловых параметров процесса восстановления производили энергетическим и инженерным методами.

Проверку адекватности полученных уравнений регрессии и формул, описывающих энергосиловые параметры процесса восстановления, производили сравнением расчетных и экспериментальных данных. Научная новизна работы:

Научно обоснованы и исследованы методы создания направленных потоков пластического течения для перемещения металла в зоны износа деталей при их восстановлении путем вариации размеров, формы инструмента и контактных условий:

•разработана математическая модель, связывающая течение металла при прошивке с размерами цилиндрического инструмента и образца, формой торца инструмента и глубиной его внедрения. Анализ модели позволил получить графическую зависимость, отображающую область применимости прошивки для восстановления боковой поверхности детали при использовании цилиндрических пуансонов с любой формой торца;

• определена рациональная форма поперечного сечения внедряемого штампа для восстановления изношенных деталей кольцеобразной формы, представляющая собой варианты одностороннего клина; получены уравнения регрессии, связывающие размеры очага пластической деформации с геометрическими параметрами инструмента. Показано, что наиболее значимыми факторами, влияющими на размеры очага пластической деформации, являются толщина деформирующего элемента штампа, глубина внедрения и расстояние до восстанавливаемой поверхности;

•установлено, что создание направленных потоков металла в область изношенной поверхности при восстановлении деталей возможно за счет управления контактными условиями на гравюре инструмента, влияющими на величину сил трения. Для создания зон затрудненного течения необходимо, чтобы направление следов обработки на гравюре инструмента было перпендикулярно потокам металла при пластической деформации, а величина среднего арифметического отклонения профиля шероховатости гравюры 2 <Яа<6. Деформирование должно происходить без применения технологической смазки. Появление зон скольжения наблюдается при нанесении на гравюре штампа шероховатости ^<3=1,25, при этом следы обработки должны быть направлены параллельно течению металла при пластической деформации. Процесс должен идти с применением технологической смазки;

• разработана методика формирования служебных свойств восстанавливаемых деталей с использованием термомеханической обработки, позволяющая в зависимости от температурно-скоростных условий деформирования, времени последеформационной паузы, скорости охлаждения формировать требуемые эксплуатационные свойства стальных деталей за счет реализации процесса контролируемого структурообразования по механизму динамической полигонизации и рекристаллизации, позволяющего влиять на прочность восстанавливаемых деталей в пределах 15%.

Практическая значимость работы заключается в следующем:

• создана САПР выбора способа восстановления и расчета формы и размеров рабочих элементов штампа;

•разработана методика формирования служебных свойств восстанавливаемых деталей в процессе термомеханической обработки;

•разработаны технологические процессы реновации геометрической формы деталей различной конфигурации с получением гарантированных эксплуатационных свойств деталей, восстановленных пластической деформацией;

•разработаны конструкции штампов для восстановления деталей кольцеобразной формы, изношенных по внутренней или наружной образующей поверхности, а также сплошных осесимметричных деталей и деталей сложной формы (патенты 2163175, 2238832 и 2371292, 2376121).

Реализация результатов. Проведенные исследования нашли практическое применение при разработке технологических процессов реновации деталей автомобиля КАМАЗ, которые реализуются на ремонтных предприятиях ОАО «КАМАЗ». Отдельные разделы диссертации используются в учебном процессе ИНЭКА при чтении курсов «Теория обработки металлов давлением» и «Реновация деталей пластическим деформированием».

На защиту выносятся:

• научно обоснованные принципы управления течением пластически деформированного металла за счет размеров, формы инструмента и вариации контактных условий;

• уравнения, позволяющие рассчитывать геометрические параметры деформирующих элементов штампа для создания потоков металла в область износа деталей при их восстановлении;

• алгоритмы выбора наиболее рациональной операции ОМД и расчета размеров инструмента для получения заданного формоизменения в процессах восстановления геометрических параметров изношенных деталей;

• методика выбора параметров высокотемпературной термомеханической обработки в процессах реновации пластической деформацией, позволяющая достигать высокопрочного состояния восстановленных элементов деталей.

• методика выбора параметров высокотемпературной термомеханической обработки в процессах реновации пластической деформацией, позволяющая достигать высокопрочного состояния восстановленных элементов деталей.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на международных, всероссийских, межвузовских конференциях г.Казань (1999г.), г.Волгоград (1999г.), г.Оренбург (1999г.), г.Набережные Челны (1999, 2000, 2002, 2003гг), г.Уфа (2006г.), г.Донецк (2007, 2008, 2009гг), г.Пенза (2007, 2008гг), г.Ульяновск (2007г.).

Материалы диссертации докладывались и обсуждались на расширенных заседаниях кафедр «Машины и технология обработки металлов давлением» ИНЭКА (г.Наб. Челны) и ИжГТУ (Ижевск).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 48 работ, в том числе монография, 35 научных статей, из которых 11 в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК, и 4 патента.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы и приложений, занимает 291 страницу и включает 143 рисунка, 30 таблиц; список литературы содержит 221 источник.

Основные результаты и выводы:

1. В процессах восстановления прошивкой на потоки металла, а, следовательно, и на получение требуемого формоизменения боковой поверхности изношенного элемента детали влияют: размеры инструмента и образца, форма торца инструмента, его поперечное сечение и глубина внедрения.

2. Разработана математическая модель, связывающая течение металла при прошивке с размерами цилиндрического инструмента и образца, формой торца инструмента и глубиной его внедрения. Анализ модели позволил получить графическую зависимость, отображающую область применимости прошивки для восстановления боковой поверхности детали, на которой показано, что при малых глубинах внедрения (<0,05 высоты детали) и небольшом диаметре пуансона (0,1+0,2 диаметра детали) формоизменение боковой поверхности образца не представляет интереса с технологической точки зрения при использовании цилиндрических пуансонов с любой формой торца.

3. Определена рациональная форма поперечного сечения внедряемого штампа для восстановления изношенных деталей кольцеобразной формы, представляющая собой варианты одностороннего клина и получены уравнения регрессии, связывающие размеры очага пластической деформации с геометрическими параметрами инструмента. Наиболее значимыми факторами, влияющими на размеры очага пластической деформации, являются: толщина деформирующего элемента штампа, глубина внедрения и расстояние до восстанавливаемой поверхности.

4. Предложена методика прогнозирования формоизменения цилиндрических образцов при восстановлении изношенных элементов деталей двусторонней прошивкой, учитывающая величину относительных скоростей внедрения верхнего и нижнего пуансонов, зависящих от формы торца и диаметров внедряемых пуансонов, позволяющая добиться заданного формоизменения при минимальной степени осадки детали.

5. Создание направленных потоков металла в область изношенной поверхности при восстановлении деталей возможно за счет управления контактными условиями на гравюре инструмента, влияющими на величину сил трения. Для создания зон затрудненного течения необходимо, чтобы направление следов обработки на гравюре инструмента было перпендикулярно потокам металла при пластической деформации, а величина среднего арифметического отклонения профиля шероховатости гравюры 2< Яа <6. Деформирование должно происходить без применения технологической смазки. Появление зон скольжения наблюдается при нанесении на гравюре штампа шероховатости Яа= 1,25, при этом следы обработки должны быть направлены параллельно течению металла при пластической деформации. Процесс должен идти с применением технологической смазки.

6. Предложена методика формирования служебных свойств восстанавливаемых деталей с использованием термомеханической обработки, позволяющая в зависимости от температурно-скоростных условий деформирования, времени последеформационной паузы, скорости охлаждения формировать требуемые эксплуатационные свойства стальных деталей за счет реализации процесса контролируемого структурообразования по механизму динамической полигонизации и рекристаллизации, позволяющего влиять на прочность восстанавливаемых деталей в пределах 15%.

7. Для создания эффективного течения металла в процессах реновации в направлении изношенных элементов деталей типа «разжимной кулак», необходимо деформирование двумя, симметрично расположенными, рассеченными вдоль оси симметрии, цилиндрическими пуансонами с шаровидным торцом.

8. На основании результатов исследования влияния геометрических параметров инструмента на потоки металла при пластической деформации создан САПР выбора наиболее рациональной операции ОМД и расчета формы и размеров деформирующих элементов штампа с целью получения требуемого формоизменения при восстановлении деталей пластической деформацией.

9. Опробованы и приняты к внедрению технологические процессы восстановления деталей типа «шаровых пальцев», «разжимных кулаков» и «колец синхронизатора», защищенные патентами 2163175, 2238832, 2371292, 2376121.

1. Маслино М.А. Организация восстановления автомобильных деталей.-М.: Транспорт, 1981.- 196 с.

2. Мелков М.П., Швецов А.Н., Мелкова И.М. Восстановление автомобильных деталей твердым железом.- 2-е изд., перераб. и доп. М.: Транспорт, 1982.- 198 с.

3. Беленький Д.М., Шамраев Л.Г. Оптимальное управление износом для обеспечения надежности машин // Трение и износ. -1992.-Т. 19.- № 6.- С. 763767.

4. Панкратов, Д.Л. Реновация деталей пластической деформацией. /Шибаков В.Г., Панкратов Д.Л. М.: Машиностроение, 2000.-219 с.

5. Богданофф Дж., Козин Ф. Вероятностные модели накопления повреждений: Пер. с англ.- М.: Мир, 1989.- 344 е., ил.

6. Меламедов И.М. Физические основы надежности. Л.: Энергия, 1970,152 с.

7. Гуревич С.Е. Прочность металлов при циклических нагрузках. М.: Наука, 1967.-360 с.

8. Иванов М.Н. "Детали машин": Учебник для студентов для высших технических заведений. 5-е изд. перераб.- М.: Высшая школа, 1991.-383 с.

9. Комбалов B.C. Развитие теории и методов повышения износостойкости поверхностей трения деталей машин // Проблемы машиностроения. 1998.- № 6. С. 35-42.

10. Крагельский И.В., Добычин М.Н., Комбалов B.C. Основы расчетов на трение и износ.- М.: Машиностроение, 1977.

11. Котов П.Н., Капустин A.A. Ремонт тяжелых мотоциклов. Л.: Машиностроение. Ленинградское отделение, 1990.- 335 с.

12. Круглов О. М., Антонов В.Н. Устройство, техническое обслуживание, ремонт легковых автомобилей, мотоциклов и мотороллеров: учебн. пособие. — М.: Высш. школа, 1980.-317 с.

13. Гузенков П.Г. Детали машин: Учебное пособие для студентов вузов,-3-е изд., перераб. и доп.- М.: Высшая школа, 1982.- 355с.

14. Погодаев Л.И., Чулкин С.Г. Моделирование процессов изнашивания материалов и деталей машин на основе структурно-энергетического подхода // Проблемы машиностроения и надежности машин. 1998. - № 5. - С. 94-103.

15. Фукс-Рабинович Г.С., Ковалев А.И., Шаурова Н.К. Особенности изменения состава и структуры контактных поверхностей при изнашивании вырубных штампов // Кузнечно-штамповочное производство. -1999. -№ 5. С. 13-17.

16. Костецкий Б.И. Структурно-энергетическая приспосабливаемость материалов при трении // Трение и износ. 1985. -Т. 6. -№ 2. -С.201-212.

17. Костецкий Б.И. Фундаментальные закономерности трения и износа. -Киев, 1981.-30 с.

18. Костецкая Н.Б. Механизмы деформирования, разрушения и образования частиц износа при механохимическом трении // Трение и износ. -1990.-Т. 2.-№ 1. С.108-115.

19. Бершарский Л.И., Костецкий Б.И. Общая концепция в трибологии // Трение и износ. 1993. -Т .4. -№ 1. - С. 7-18.

20. Шадричев В.А. Основы технологии автостроения и ремонта автомобилей: Учебник для вузов. Л.: Машиностроение, 1976. - 560 с.

21. Решетов Д.Н. Детали машин: Учебник для студентов машиностроительных и механических специальных вузов. 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1989.- 496 с.

22. Восстановление автомобильных деталей: Технология и оборудование. Учеб. для вузов / В.Е. Канорчук, А.Д. Чигринд, О.Л. Голяк, П.М. Шодки. М.: Транспорт, 1995.-303 с.

23. Техническое обслуживание и ремонт автомобилей: Учебник для ПТУ /С.И. Румянцев, А.Ф. Синельников, Ю.Л. Шталь. М.: Машиностроение, 1989.- 272 с.

24. Техническая эксплуатация автомобилей: Учебник для вузов /Е.С. Кузнецов, В.П. Воронов, А.П. Болдин и др., под. ред. Е.С. Кузнецова.- 3-е изд., перераб. и доп. -М.: Транспорт, 1991.-413 с.

25. Лудченко A.A. Основы технического обслуживания автомобилей. К.: Вища шк. Головное издательство, 1987.- 399 с.

26. Бабкин A.A., Белоусов И.А. Прогнозирование роста приповерхностных усталостных трещин // Проблемы машиностроения и надежности машин. 1999. - № 3. - С. 109-116.

27. Пинегин C.B., Шевелев И.А., Гудченко В.М. Влияние внешних факторов на контактную поверхность при качении. М.: Наука, 1972.- 102 с.

28. Розенберг Ю.А. Влияние смазочных масел на долговечность и надежность машин. М.: Машиностроение, 1970.- 312 с.

29. Спришевский Л.И. Подшипники качения. М.: Машиностроение, 1971.- 632 с.

30. Курапов П.А. Усталостная прочность поверхности твердых тел в активной среде // Проблемы машиностроения и надежности машин. 1999. № З.-С. 51-53.

31. Похмурский В.И. Коррозионная усталость металлов. М.: Металлургия, 1985.- 206 с.

32. Petit J. de Foukuet J., Henaff G. Influence of ambient atmosphere on fatigue crack growth behaviour of metals // Handbook of fatigue crack propagation in metallic structures. Amsterdam: Elsevier, 1994. p. 1159-1203.

33. Малышева Г.А. Справочник технолога авторемонтного производства.- M.: Транспорт, 1977.

34. Восстановление деталей автомобиля КамАЗ. / P.A. Азаматов, В.Г. Дажин, А.Т. Кулаков, А.И. Mo дин. Набережные Челны: КамАЗ, 1994.- 215 с.

35. Лудченко A.A., Сова И.П. Техническое обслуживание и ремонт автомобилей. 2-е изд., перераб. и доп.- Киев: Вища школа. Головное издательство, 1983. - 384 с.

36. В.И. Фролов, С.Б. Куров, Ю.О. Петров. Плазменная сварка деталей из цветных металлов и сплавов // Строительные и дорожные машины. 1999. -№ 7. - С. 24-26.

37. Челноков Н.М. и др. Технология горячей обработки металлов: Учебник для учащихся техникумов / Челноков Н.М., Власьевнина Л.К., Адамович H.A. -М.: Высшая школа, 1981.- 296 с.

38. Кожуро Л.М., Фельдштейн Е.Э. Износостойкость и усталостная прочность покрытий, полученных электромагнитной наплавкой // Проблемы машиностроения и надежности машин. 1999. -№ 2. - С. 53-59.

39. Г. Храпков, О. Курочкин, А. Никитин. Восстановление деталей автотранспортной техники методами наплавки // Автомобильный транспорт. -1998.-№ 5.-С. 40-41.

40. Владимиров В.М. Изготовление штампов, пресс-форм и приспособлений. М.: Высшая школа, 1981.- 432 с.

41. Охрименко Я.М. Технология кузнечно-штамповочного производства. Учебник для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1976. -560 с.

42. Ковка и штамповка: Справочник в 4 т. / Под ред. Е.И. Семенова. М.: Машиностроение, 1986.-Т.2: Горячая штамповка. - 592 с.

43. Королев А.И. Основы эксплуатации и ремонта автомобилей. Учебн. для вузов. М.: Транспорт, 1964.- 388 с.

44. Этиган A.A., Дзюбенко Н.В. Технологические методы повышения износостойкости формообразующих частей обратимых штампов // Кузнечно-штамповочное производство. 1995. - № 4. - С. 26-27.

45. Подольский Б.А., Власенко В.Н. Технология упрочнения рабочих поверхностей гибочных штампов детонационно-газовым методом // Кузнечно-штамповочное производство. 1995. - № 4. - С. 28-30.

46. Стафеев А.П., Сапуткин Е.П., Александрова Г.Т., Лаптин А.П. Детонационно-газовое напыление износостойкого покрытия на оправки для горячей радиальной ковки заготовок охотничьих ружей // Кузнечно-штамповочное производство. 1991. - № 8. - С. 30.

47. Мотовилин Г.В. и др. Восстановление автомобильных деталей полимерными покрытиями / Мотовилин Г.В., Брин В.К., Шальман Ю.И.- М.: Транспорт, 1974.- 179 с.

48. Маслов H.H. Качество ремонта автомобилей. М.: Транспорт, 1975.368 с.

49. Справочник технолога авторемонтного производства. Под ред. Г.А. Малышева. М.: Транспорт, 1977.

50. Королев А.И., Джурамская Е.А. Основы эксплуатации и ремонта автомобилей. М.:Транспорт, 1972 .- 352 с.

51. Кац A.M. Автомобильные кузова.- 2-е изд., перераб. и доп. М.: Транспорт, 1972, 296 с.

52. Вильджер И., Николя Ж.П. Технология ремонта кузовов легковых автомобилей /Пер. с франц. В.Г. Полякова. М.: Машиностроение, 1988.- 472 с.

53. Гольд Б.В. и др. Прочность и долговечность автомобиля / Б.В. Гольд, Е.П. Оболенский, Ю.Г. Стефанович, О.Ф. Трофимов.- М.: Машиностроение, 1974.-328 с.

54. A.c. 1222380. СССР. B21D3/10. Способ правки валов./ В.Е. Антонюк, В.И. Егоров, P.E. Игудисман, В.М. Картузов. (СССР).- № 3507896/25-27. заявл. 27.02.82. опубл. 07.04.86. Бюл. № 13.-2 с.

55. Григолюк Э.И., Коган Е.А., Сальков С.Г. Проблемы нормирования прочности автомобильных конструкций // Проблемы машиностроения и надежности машин. 1999. - № 1. - С. 92-99.

56. A.c. 1449302. МПК. B23P6/00. Способ восстановления зубчатых веществ колес. Е.Е. Чудовский, А.Б. Кукла, Н.В. Ляшенко, Ю.И. Лысиков. (СССР) -№ 389888910327; заявл. 22.05.86. опубл. 07.01.89. Бюл. № 1. Зс.

57. A.c. 1593874. СССР. В23Р6/00. Способ восстановления пустотелых деталей раздачей./ В.Е. Канарчук, А.Д. Чигринец, Б.В. Шапошников, О.Л. Голяк, В.Д. Войтюк. (СССР).- № 4623980/31-27. заявл. 23.11.88. опубл. 23.09.90. Бюл. № 35.-2 с.

58. Каменецкий Б.И. Обухов В.А. Исследование изготовления полых деталей радиальным обжатием трубных заготовок жидкостью высокого давления // Кузнечно-штамповочное производство. 1996. - № 7. - С. 5-9.

59. A.c. 1076246. МПК. В23Р6/00. Способ восстановления размеров цилиндрических деталей. В.Н. Михайлин, В.И. Носов, Ю.Г. Махайлуца, С.Н. Терешенко, П.Н. Шмарко. (СССР).- № 3407420/25-27. заявл. 04.03.82. опубл. 10.02.84. Бюл. №8.-2 с.

60. Хромов В. Н. Шапоренко С. М., Мамонтов В. М. Восстановление изношенных поверхностей деталей машин и инструментов термопластическим деформированием//Вестник машиностроения. 1991.- № 5.-С. 35-38.

61. Хромов В. Н. Технология многократного восстановления деталей термоупругопластическим деформированием // Изв. вузов. Машиностроение. -1996.-№ 7-9.-С. 77-81.

62. Сенченков И.К., Козлов В.И., Мотвиенко О.И., Хромов В.Н., Табиева Г.А. Конечноэлементный анализ и оптимизация процесса восстановления размеров полых цилиндров методом термопластического деформирования //. Проблемы прочности. 1999. - № 3. - С. 73-82.

63. A.c. 1676785. СССР. В23Р6/00. Способ восстановления полых цилиндрических деталей. /B.C. Попов, С.Б. Зейналов. (СССР).- № 4737014/27. заявл. 11.09.89. опубл. 15.09.91. Бюл. № 34.-4 е., ил.

64. A.c. 1505738. СССР., МПК. В23Р6/00. Способ восстановления гильз цилиндров двигателей внутреннего сгорания /JI.H. Соколенко., В.И. Хромов (СССР). -№ 4298103/31-27; заявл. 24.08.87; опубл. 07.09.89. Бюл. № 33.- 2 с.

65. Батинцев А. Н. И др. Восстановление деталей сельскохозяйственной техники / Батинцев А. Н., Голубев И.Г., Лялякин В. П М.: Информагротех, 1995.-296 с.

66. Bodner S. R., Partom Y. Constitutive eguations for elastoviscoplastic strain hardening material // Trans. ASME. J. Appl. Mech. 1975. - 42. - P. 385-389.

67. Чжань, Боднер и др. Феноменологическое моделирование упрочнения и теплового возврата в металлах // Теоретические основы инженерных расчетов. 1988. - № 4. - С. 1-14.

68. A.c. 106149 СССР., МПК 1323Р6100. Штамп для восстановления цилиндрических зубчатых колес. /Ю.Д. Пашин, Е.Ф. Коллетурет, A.B. Кириллов, H.A. Коваленко (СССР).- № 3385284/25 17; заявл. 21.01.82; опубл. 23.03.83. Бюл. № 11.- 3 е., ил.

69. А. с. 1225746. СССР., МПК В23Р6100. Штамп для восстановления зубчатых колес. /Б.Р. Гринблат, Ю.Д. Пашин (СССР).- № 3388К70125 27; заявл. 02.02.82; опубл. 23.04.86. Бюл. № 15,- 3 е., ил.

70. Каракозов Э.С. Сварка металлов давлением.- М: Машиностроение, 1986.- 280 с.

71. Казаков Н.Ф. Диффузионная сварка металлов. Изд. 2-е перераб. и доп. М: Машиностроение, 1976 г., 312 с.

72. С.А. Богатырев, И.В. Кунин. Восстановление длинномерных полых деталей // Кузнечно-штамповочное производство. 1998 . -№ 6. - С. 19-21.

73. Технология конструкционных материалов. Учебник для машиностроительных специальностей вузов/ A.M. Дальский, И.А. Арутюнова, Т.М. Барсукова и др.; Под общ. Ред. А.М Дальского.- 2-е изд. перераб. и доп. М: Машиностроение, 1985 г.- 448 с.

74. Материаловедение и технология металлов: Учеб. Для студентов машиностроит. спец. вузов/Г.П. Фетисов, М.Г. Карпман, В.М. Матюнин и др.; Под ред. Г.П. Фетисова. М.: Высш. Шк., 2002. - 638 е.: ил.

75. Кузнецов Н.Д. и др. Технологические методы повышения надежности деталей машин: Справочник / Кузнецов Н.Д., Цейтлин В.И., Волков В.И. М.: Машиностроение, 1992. - 304 с.

76. Барыкин Н.П., Шустер Л.Ш., Асланян И.Р., Садыков Ф.А., Гутин М.Е. Выбор режимов поверхностной пластической деформации вкладышей подшипников скольжения паровых турбин // Кузнечно-штамповочное производство. 1999. - № 4. - С. 16-19.

77. Смелянский В.М., Шапарин A.A. Моделирование процесса упрочнения деталей поверхностным пластическим деформированием // Кузнечно-штамповочное производство. 1998. - № 7. - С. 17-22.

78. Дель Т.Д. Технологическая механика. М.: Машиностроение, 1978.174 с.

79. Качество машин: Справочник в 2-х т. Т.2 /А.Г. Суслов, Ю.В. Гуляев, А.М. Дильский и др. М.: Машиностроение, 1995.-430 с.

80. Денисов В.И., Виноградов A.B. Повышение износостойкости направляющих пар скольжения штампов холодной листовой штамповки // Кузнечно-штамповочное производство. 1995. - № 4. - С. 25-26.

81. Повышение несущей способности деталей машин поверхностным упрочнением /Л.А. Хворостин, С.В. Шишкин, И.П. Ковалев В.А., Ишмаков. -М.: Машиностроение, 1988.- 144 с.

82. Есенберлин P.E. Капитальный ремонт автомобилей: Справочник /Л.В. Дехтеринский, P.E. Есенберлин, К.Х. Акмаев и др. М.: Транспорт, 1989. -335 е., ил, табл.

83. Шнейдер Ю.Г. Эксплуатационные свойства деталей с регулярным микрорельефом.- 2-е изд., перераб. и доп.- Л.: Машиностроение, 1982.- 248 с.

84. Качество машин: Справочник в 2-х т. Т.1 /А.Г. Суслов, Э.Д. Браун, Н.А. Виткевич и др. М.: Машиностроение, 1995.-256 с.

85. Герцбах И.Б., Кордонский Х.Б. Модели отказов. М.: Сов. Радио, 1969.- 166 с.

86. Шибаков В.Г., Панкратов Д.Л., Валиев A.M., Ососков М.А. Алгоритмы проектирования технологических процессов восстановления деталей автомобилей.// Автомобильная промышленность. 2009.-№ 9. -. С. 1618.

87. Охрименко Я.М. и Тюрин В.А. Теория процессов ковки. Учеб.пособие для вузов. М., «Высш. школа», 1977. 295 с. ил.

88. Шибаков В.Г., Панкратов Д.Л., Швеев А.И., Валиев A.M. Прошивка как способ восстановления геометрических характеристик деталей. //Автомобильная промышленность. № 11. Москва, 2009г. С. 26-28

89. Шибаков В.Г., Алдунин А.В., Михайлов В.Н. Формирование служебных свойств деталей на основе выбора рационального термомеханического режима штамповки // Кузнечно-штамповочное i производство. 1991. - №1. - С. 11-14.

90. Кан Р. Физическое металловедение: Вып. 3: пер. с англ. М.: Мир, 1968.- 484 с.

91. Коттрелл А. X. Дислокация и пластическое течение в кристаллах М.: Металлургия, 1978.- 267 с.

92. Колачев Б. А. и др. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов / Колачев Б. А., Ливанов В. А., Елагин В. И. М.; Металлургия, 1981. - 416с.

93. Колмогоров В.Л. Напряжения, деформации, разрушение. М.: Металлургия, 1970.- 232 с.

94. Колмогоров В.Л. и др. Пластичность и разрушение / Колмогоров В.Л., Богатов А.А., Мигачев Б.А. и др. М.: Металлургия, 1977. -336 с.

95. Богатов А.А. и др. Ресурс пластичности при обработке давлением / Богатов А.А., Мижирицкий О.И, Смирнов С.В.- М.: Металлургия, 1984.144 с.

96. Богатов А.А. О разрушении металлов при обработке давлением // Кузнечно-штамповочное производство. 1997. - № 8. - С. 2-7.

97. Burdukovsky V.G. Kolmogorov V.L., Migachev В.А. Prediction of resources of materials of machine and construction elements in the process of manufacture and exploitation // I.J. of Materials Processing Technology/ 1995, 55. P. 292-295.

98. Колмогоров B.JI., Смирнов C.B. Восстановление ресурса металлов после холодной деформации и эксплуатации деталей машин // Кузнечно-штамповочное производство. 1998. - № 5. - С. 22-25.

99. Kolmogorov V.L. Friction and wear model for heavily loaded sliding pair. Part I. Metal damage and fracture model // I.J. Wear, 1996, 194. P. 71-79.

100. Иванова B.C. и др. Усталость и хрупкость металлических материалов / Иванова B.C., Гуревич С.Е., Копьев И.М. и др. М.: Наука, 1968.-216 с.

101. Смирнов С.В., Афанасьев Ю.А., Богатов А.А. Восстановление ресурса пластичности стали 70 при отжиге после холодной деформации // Изв. вузов. Черная металлургия. 1987. - № 6. - С. 151-152.

102. Богатов А.А., Михаилов В.Г., Смирнов С.В. и др. Технологические свойства сплавов системы W-Ni-Fe при обработке давлением // Кузнечно-штамповочное производство. 1991. - № 6. - С. 8-10.

103. Колмогоров B.JI., Богатов A.A. Смирнов C.B. и др. Изменение поврежденности холоднодеформированных титановых сплавов при термической обработке // Цветные металлы. 1984. - Вып. 3. - С. 71-75.

104. Левит В.И., Смирнов C.B., Богатов A.A. и др. Оценка поврежденности деформированного металла // Физика металлов и металловедение. 1982. - Т. 54. - Вып. 4. - С. 787-792.

105. Гегузин Я.Е. Макроскопические дефекты в металлах. М.: Металургиздат, 1962.

106. Богатов A.A., Колмогоров В.Л., Смирнов C.B. Изучение особенностей деформируемости металла при многопереходной холодной деформации с промежуточными отжигами // Изв. вузов. Черная металлургия. -1978. № 12. С. 43-46.

107. Г.Я. Гун, Н.В. Биба, О.Б. Садыхов, С.А. Степунов, А.И. Лишний. Автоматизированная система Форм 2Д для расчета формоизменения в процессе штамповки на основе метода конечных элементов // Кузнечно-штамповочное производство. 1992. - № 9. - С.4-7.

108. Полищук Е.Г., Жиров Д.С., Вайсбурд P.A. Система расчета пластического деформирования «РАПИД» // Кузнечно-штамповочное производство. 1997. - № 8. - С.16-18.

109. Евстратов В.А. Теория обработки металлов давлением. Харьков: Вища школа. Изд-во при Харьк. ун-те, 1981.-248 с.

110. Сечерлинд Л. Введение в метод конечных элементов. М.: Мир,1980.

111. Зенкевич O.K. Метод конечных элементов в технике. М.: Мир, 1975 - 544 с.

112. Прудковский Б.А. Зачем металлургу математические модели? М.: Наука, 1989. - 192 с.

113. Володин И.М. Использование имитационного моделирования при проектировании технологических процессов штамповки: Методическиеуказания к курсовому и дипломному проектированию. Наб. Челны: КамПИ, 1990.-27 с.

114. Мартин Ф. Моделирование на вычислительных машинах /Пер. с англ. М.В.Воронова, Е.И.Шапиро, под ред. И.Н.Коваленко. М.: Сов. радио, 1985.-250 с.

115. Гун Г.Я. Математическое моделирование процессов обработки металлов давлением: Учебное пособие для вузов.- М.: Металлургия, 1983.352 с.

116. Neti S., Vijayshankar M.N. and Ankern S. Finite Element Modeling of Deformation Behaviour of Two-Phase Materials.- Mat. Sei. and Eng., A145 (1991), p. 47-64.

117. Мяченков В.И. и др. Расчеты машиностроительных конструкций методом конечных элементов: Справочник / В.И. Мяченков, В.П. Мальцев, В.П. Майборода и др. М.: Машиностроение, 1989.- 520 е., ил.

118. Г. Стенг, Дж. Фикс. Теория метода конечных элементов: Пер. с англ. М.: Мир, 1977- 350 с.

119. Колмогоров B.JI. Механика обработки металлов давлением: Учебник для вузов. М.: Металлургия, 1986.- 688 с.

120. Соломенцев Ю.М., Максин Ю.А., Позднеев Б.М., Колчин А.Ф. Интеллектуализация конструкторско-технологического проектирования в интегрированном кузнечно-штамповочном производстве // Кузнечно-штамповочное производство. 1991. - №2. - С. 2-4.

121. Скворцов Г.Д. Основы конструирования штампов для холодной листовой штамповки: Конструкции и расчеты. М.: Машиностроение, 1972.360 с.

122. Давыдкин A.C., Пичугин В.И., Шавырин В.В. Проектирование гибочных штампов в системе автоматизированной поддержки инженерных решений (САПИР/ГШ) па примере одноугловой гибки // Кузнечно-штамповочное производство. 1998. - №10. - С. 30-34.

123. Давыдкин A.C., Краснов A.A., Штицман А.Д. Компьютерная поддержка действий пользователя при конструировании и изготовлении штампов и пресс-форм // Кузнечно-штамповочное производство. 1995. - № 6. -С. 22-24.

124. Евдокимов С.А., Краснов A.A., Рыбаков A.B. Особенности создания штампов листовой штамповки с использованием новой информационной технологии // Кузнечно-штамповочное производство. 1996. - № 2. - С. 14-17.

125. Возмищев Н.Е., Вайсбурд P.A. Автоматизированное проектирование штампов для горячей объемной штамповки // Кузнечно-штамповочное производство. 1997. - № 8. - С. 30-32.

126. Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением: Учебник для вузов. 4-е изд., перераб. и доп. - М.: «Машиностроение», 1977. -423 с.

127. Груд ев А.П. и др. Трение и смазки при обработке металлов давлением: Справочник / Грудев А.П., Зильбер Ю.В., Галик В.Т. М.: Металлургия, 1982.-312 с.

128. Колмогоров B.JI. Механика обработки металлов давлением: Учебник для вузов. М.: Металлургия, 1986.- 688 с.

129. P. Poloukhinc, V. Tiourinc, Р Davidkov, D. Vitanov. Traitement des métaux par deformation. Edition mir., 1987-318 s.

130. A.H. Леванов. Некоторые вопросы совершенствования процессов ОМД на основе управления трением // Кузнечно-штамповочное производство. -1981.-№6.-С. 20-23.

131. В.Е. Исаченков, Е.И. Исаченков. Интенсификация процессов обработки металлов давлением путем управления силами трения // Кузнечно-штамповочное производство. 1981. - № 6. - С. 29-31.

132. Павлов И.М. Теория прокатки. М.: Металлургиздат, 1950.- 610 с.

133. Северденко В.П. Теория обработки металлов давлением. Минск: Высшая школа, 1966.- 233 с.

134. Н.П. Громов. Теория обработки металлов давлением. Москва: Металлургия, 1978.- 360 с.

135. Аркулис Г.Е., Доробибид В.Г. Теория пластичности: Учеб. пособие для вузов. М.: Металлургия, 1987.- 352 с.

136. Исаченков Е.И. Контактное трение и смазки при обработке металлов давлением. — М.: Машиностроение, 1978.-208 с.

137. А.Н. Леванов. Общие закономерности граничного трения при обработке металлов давлением и совершенствование технологических процессов на их основе // Кузнечно-штамповочное производство. 1990. -№ 12. -С. 13-16.

138. Мелешко В.И. и др. Прогрессивные методы прокатки отделки листовой стали / Мелешко В.И., Качайлов А.П., Мазур В.А. М.: Металлургия, 1980.- 192 с.

139. Бэкофен В. Процессы деформации: Пер. с англ. М.: Металлургия, 1977.- 288 с.

140. Томсен Э. и др. Механика пластических деформаций при обработке металлов / Томсен Э., Янг Ч., Кобаяши Ш.- М.: Машиностроение, 1968.- 504 с.

141. Володин И.М. Определение коэффициента трения: Руководство к лабораторной работе по курсу « Теория пластических деформаций» для студентов дневного и вечернего обучения по обработке металлов давлением. -Брежнев: КамПИ, 1987, 11 с.

142. Абрамов Ф.Н. Справочник по обработке металлов резанием / Ф.Н. Абрамов, В.В. Коваленко, В.Е. Любимов и др. К.: Техшка, 1983.-239 с.

143. Грановский Г.И, Грановский В.Г. Резание металлов: Учебник для машиностроительных и приборостроительных спец. вузов. М.: Высш. шк.,1985.-304 с.

144. Маталин A.A. Технология машиностроения: Учебник для машиностроительных вузов по специальности «Технология машиностроения,металлорежущие станки и инструменты». Л.: Машиностроение, Ленингр. отделение, 1985. - 496 с.

145. Якушев А.И. и др. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения: Учебник для вузов.- 6-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1986.-352 с.

146. Шибаков В.Г., Панкратов Д.Л., Зиганшин Р.Ф. Устранение брака незаполнения в процессах ГОШ. «Наука и образование: электронное научно-техническое издание». Выпуск №6. 2007. http://technomag.edu.ru/doc64970.html j №0320700599.

147. Панкратов Д.Л., Зиганшин Р.Ф., Танеев Р.Н. Формоизменение цилиндрических образцов при прошивке. Межвузовский научный сборник «Проектирование и исследование технических систем» №7, г. Набережные Челны, 2006, с. 95-104.

148. Панкратов, Д.Л. Восстановление изношенных поверхностей деталей пластической деформацией./ Панкратов Д.Л., Зиганшин Р.Ф., Танеев Р.Н. //Кузнечно-штамповочное производство. 2006.- №3.- С. 30-33.

149. Шибаков В.Г., Панкратов Д.Л., Валиев A.M. Влияние химического состава на формоизменение цилиндрических стальных образцов при прошивке. Межвузовский научный сборник «Проектирование и исследование технических систем» №11 2007, с139-141.

150. Панкратов, Д.Л. Особенности пластического течения металла при прошивке пуансонами с различной формой торца./Шибаков В.Г., Панкратов Д.Л., Зиганшин Р.Ф.//Кузнечно-штамповочное производство. 2009. - № 10. - С. 29-35.

151. Панкратов, Д.Л. Формоизменение изношенной детали при ее восстановлении с помощью симметричного и несимметричного инструмента. /Шибаков В.Г., Панкратов Д.Л., Зиганшин Р.Ф.//Кузнечно-штамповочное производство. 2009. - № 3. - С. 41-44.

152. Пакет прикладных программ «Рапид». Екатеринбург: Уральский политехнический институт, 1991.

153. Чичнев H.A. и др. Методы исследования процессов обработки металлов давлением: Учебное пособие для студентов вузов / H.A. Чичнев, А.Б. Кудрин, П.И. Полухин. М.: Металлургия, 1977.- 312 е., ил.

154. Полухин П.И и др. Экспериментальные методы механики деформируемых твердых тел (технологические задачи обработки давлением) / Воронцов В.К., Полухин П.И., Белевитин В.А., Бринза B.B. М.: Металлургия, 1990.- 480 с.

155. Маслов В.Е., Шаповал В.Н. Экспериментальное исследование процессов обработки металлов давлением. Киев: Вища школа. Головное изд-во, 1983.- 232 с.

156. Кузьменко В.И., Балакин В.Ф. Решение на ЭВМ задач пластического деформирования: Справочник. -М.: Техника, 1990. —136 с.

157. Новик Ф.С., Арсов Я.Б. Оптимизация процессов технологии металлов методами планирования экспериментов. София: Техника 1980. -304 с.

158. Кокрофт М.Г. Смазки и смазочные материалы: Смазки в процессах обработки металлов давлением: Пер. с англ. М.: Металлургия, 1970.- 111 с.

159. Male А.Т., Cocroft M.G. Journal of the Institute of Metals, 1966, vol. 93, P. 38-46.

160. JI.II1. Шустер. Основы триботехники. Уфа: Уфимский государственный авиационный технический университет, 1994.-107 с.

161. Шибаков В.Г., Панкратов Д.Л., Жигулев И.О. Анизотропия трения// Онлайновый научно-технический журнал "Информационные и социально-экономические аспекты создания современных технологий SCITECH". 1999, №1. С. 24-33, http://kampi.kcn.ru/zhurnal.

162. ГОСТ 2789-73 (СТ СЭВ 638-77). Реферат и аннотация. М.: Изд-во стандартов, 1981. - 8 с.

163. М.А. Жиделев, В.П. Беспалько. Машиноведение. — М.: Государственное учебно-педагогическое издательство министерства просвещения РСФСР. 1961.- 232 с.

164. В.А. Блюмберг. Справочник токаря. Л.: Лениздат, 1963.- 450 с.

165. Терган B.C., Торган А.В Справочник молодого шлифовщика по плоскому шлифованию. М.: Высшая школа, 1975. - 275 с.

166. Кутай А.К. Справочник по производственному контролю в машиностроении. 3-е изд., перераб. и доп. - Л.: Машиностроение (Ленинградское отделение), 1974. -975 с.

167. Панкратов, Д.Л. Применение пакета Q FORM 3D для восстановления рабочих поверхностей разжимных кулаков тормозной системы автомобиля./ Шибаков В.Г., Панкратов Д.Л., Швеев А.И., Зиганшин Р.Ф.//Материалы

168. Международного сборника научных трудов №38. Прогрессивные технологии и системы машиностроения. Донецк: ВАК Украина, 2009.-С. 243-248

169. Бернштейн М.Л. Прочность стали. М.: Машиностроение, 1974, 196 с.

170. Бернштейн М.Л. В 2 т. Т.1. Термомеханическая обработка сплавов. -М.: Металлургия, 1968, 596 с.

171. Бернштейн М.Л. В 2 т. Т.1. Термомеханическая обработка сплавов. -М.: Металлургия, 1968, 590 с.

172. Раузин Я.Р., Шур Е.А. Конструктивная прочность стали. М.: Машиностроение, 1075, 56 с.

173. Тюрин В.А. Теория и процессы ковки слитков на прессах.- М.: Машиностроение, 1979.-240 с.

174. Планирование эксперимента в исследованиях технологических процессов/ К. Хартман, Э. Лецкий, В. Шефер и др., Пер. с нем., М: Мир, 1977,552 с.

175. Meyer Р. Entwiklung neuzeitlicher Warmbreitband// Technische Mitteilungen.- 1979-Bd. 72-№10.-s.629-635.

176. Управляемое термическое упрочнение проката/ И.Г. Узлов, В.В. Парусов, Р.В. Гвоздев, О.В. Филонов.- К.: Техника. 1989.-118 с.

177. Узлов И.Г., Савенков В .Я., Поляков С.Н. Термическая обработка проката.- К.: Техника, 1981.-160 с.

178. Навроцкий Г.А., Шибаков В.Г. Прогнозирование разрушения металла при холодной объемной штамповке// Ковка и штамповка: Справочникв 4-х т. Т.З. / Ред. Совет: Е.И. Семенов и др.- М.: Машиностроение/ Под ред. Навроцкого Г.А. 1986-С.229-233.

179. Шибаков В.Г. Оптимизация проектирования режимов термомеханической обработки малолегтрованных сталей// Перспективы и опыт внедрения статических методов АСУ ТП: Сб. докл.- M И-т проблем кибернетики АН СССР, 1981-с. 141-144.

180. Геллер Ю.А., Рахштадт А.Х. Материаловеденье. М.: Металлургия, 1975.- 115 с.

181. Панкратов, Д. Л. Износ разжимного кулака и тормозные характеристики автомобиля./ Шибаков В.Г., Панкратов Д.Л., Швеев А.И. //Автомобильная промышленность. 2008.- № 8.- С. 28-29.

182. Панкратов, Д.Л. Характер влияния износа разжимного кулака на безопасность автомобиля./ Шибаков В.Г., Панкратов Д.Л., Швеев А.И.//Материалы V Международной научно-технической конференции. Пенза: 2008.- С. 42-43.

183. Шибаков В.Г., Панкратов Д.Л., Швеев А.И., Кудряшов A.A. Исследование протекающего износа тормозной детали автомобиля типа «разжимной кулак». Межвузовский научный сборник «Проектирование и исследование технических систем» №11 2007, с64-66.

184. Панкратов, Д.Л. Исследование восстановления и усталостной прочности изношенных деталей при реновации пластическим деформированием. /Шибаков В.Г., Панкратов Д.Л., Фролов А.М.//Кузнечно-штамповочное производство.- 2004. №10.- С. 29-33.

185. Шибаков В.Г., Панкратов Д.Л., Фролов A.M. Восстановление шаровых элементов деталей методом пластического деформирования. Сборник трудов научно-технической конференции «Мавлютовские чтения» том 5, Уфа, 2006. с.123-109.

186. Шибаков В.Г., Панкратов Д.Л., Фролов A.M. Восстановление ресурса изношенных элементов шаровых соединений. Межвузовский сборник научных трудов «Проектирование и исследование технических систем», №1, Набережные Челны, 2003 .-С.81-83.

187. Шибаков В.Г., Панкратов Д. Л. Анализ износа и способов восстановления шаровых пальцев автомобиля КамАЗ. Межвузовский научный сборник «Проектирование и исследование технических систем». Набережные Челны: КамПИ. 2002. с. 105-108.

188. Панкратов, Д. Л. Восстановление деталей типа крестовин пластической деформацией разовым инструментом./Шибаков В.Г., Панкратов Д.Л., Валиев А.М.//Кузнечно-штамповочное производство. 2009. - № 2. - С. 42-44.

189. Панкратов, Д.JI. Реновация кольцевых деталей пластическим деформированием на основе регулирования условий трения и формы инструмента./ Панкратов Д.Л.//Кузнечно-штамповочное производство. 2004. -№10- С. 25-29.

190. Патент № 2163175 Российская Федерация, МКИ7 B21D3/10, В23Р6/00. Штамп для восстановления осесимметричных кольцевых деталей/ Шибаков В.Г., Панкратов Д.Л. 99111910/02 заявл. 01.06.1999 опубл. 20.02.2001; Бюл. .№5.

191. Гимащенко В.А., Богоев B.C. Чистовая вырубка в мелкосерийном производстве. // Кузнечно-штамповочное производство. 1986. - № 6. - С. 1720.

192. Шибаков В.Г., Панкратов Д.Л. Восстановление колец синхронизатора методом пластической деформации // Проблемы конструирования, производства и эксплуатации современных колесных машин: Меж вуз. сб. науч. тр. Наб. Челны Изд-во КамПИ, 1999.-С.102-107.

193. Мозберг Р.К. Металловеденье. Т.: Валгус, 1976. - 225 с.

194. Шибаков В.Г., Панкратов Д.Л., Швеев А.И., Зиганшин Р.Ф. Моделирование и информационное обеспечение процесса восстановления детали типа «разжимной кулак» тормозной системы автомобиля. Материалы

195. XV Международной научно-технической конференции. Машиностроение и техносфера XXI века Донецк, Украина, 2008г. с. 118-119.

196. Григорьев А.К., Коджаспиров Г.Е. Термомеханическое упрочнение стали в заготовительном производстве. Л., Машиностроение, 1985.143 с.

197. Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов. М., Металлургия, 1979. 320 с. с ил.

198. Гуляев А.П. Металловедение. М., Металлургия, 1978. 647 с. с ил.

199. Шибаков В.Г., Астащенко В.И., Панкратов Д.Л., Ососков М.А. Выбор рационального термомеханического режима воссановления деталей автомобиля пластической деформацией. // Кузнечно-штамповочное производство. 2009. - № 6. - С. 44-47.