автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.05, диссертация на тему:Совершенствование технологии проектирования и изготовления сложных штампов на основе моделирования процесса их эксплуатации

На правах рукописи

Гавриленко Михаил В-----------

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ИЗГОТОВЛЕНИЯ СЛОЖНЫХ ШТАМПОВ НА ОСНОВЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ИХ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Специальность 05.03.05 - Технологии и машины обработки давлением

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2006

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Самарский государственный технический университет» и Открытом Акционерном Обществе "Волгабурмаш"

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Богомолов Родион Михайлович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор,

Костышев Вячеслав Александрович

кандидат технических наук, профессор Уваров Вячеслав Васильевич.

Ведущая организация: ОАО "Саралульский машзавод"

Защита состоится 6 октября 2006 г. в 13 часов на заседании диссертационного совета Д212.215.03 при государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева» по адресу: 443086, г. Самара, Московское шоссе, 34.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУВПО «Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева».

Автореферат разослан 1 сентября 2006 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д212.215.03 доктор технических наук, профессор

Каргин В.Р.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Буровые шарошечные долота — основной дородоразрушаюший инструмент для строительства глубоких и сверхглубоких скважин в нефтяной и газовой промышленности, геологоразведке, при бурении взрывных скважин на открытых карьерах добычи руд для черной и цверной металлургии, добычи угля, шахтной добычи золота и алмазов, щебня для строительства дорог, сложных инженерных сооружений, мостов, тоннелей, морских платформ, молов, портов и др.

Разнообразие буримых пород, способов бурения, конструкций скважин и др. условий обуславливает необходимость выпуска около 700 самых различных типоразмеров долот для любых видов бурения.

Производство долот отнесено к особо важному, стратегическому.

От наличия, стойкости и эффективности работы долот прямо зависят показатели и затраты на бурение во всех этих отраслях в РФ и за рубежом, исчисляемые многими сотнями миллионов долларов. Во всем мире ведутся интенсивные исследования и затрачиваются большие средства на решение проблем, касающихся улучшения проектирования, технологий и материалов для изготовления буровых долот. Для изготовления долот необходимы более 300 наименований первоклассных основных и вспомогательных материалов, а технология отнесена к особо сложной.

Ни в одной отрасли нет механизмов, работающих в таких экстремальных условиях, как буровое долото. Это многотонные знакопеременные нагрузки, колебания колонны, абразивная среда, давление в сотни атмосфер и др.

Среди множества высокоточных и трудоемких операций, необходимых для механической и химико-термической обработки лап и шарошек, особо выделяется производство заготовок лая массой от 1,5 до 300 кГ для различных по конструкциям долот диаметром от 120,4 до 660 мм, для которых необходимо проектировать, изготавливать и постоянно обновлять множество тяжелых и трудоемких штампов массой до 2,5 тонн.

Стоимость штампов велика. Например, чистовой штамп для лапы долота 0269,9 мм - более 200 тыс. рублей. Сроки от проектирования до изготовления по базовой технологии составляли 4-4,5 месяца.

Технология изготовления заготовок деталей долот горячей штамповкой доказала свою относительную эффективность с точки зрения прочностных свойств в точности получаемой конфигурации.

Однако, большие сроки проектирования, изготовления и освоения штампов по базовой технологии, а также их недостаточная стойкость стали настоящим тормозом развития долсггостроения и выпуска новых конкурентоспособных долот, причиной потери многих срочных отечественных и зарубежных заказов на их поставку.

Возникла жизненно важная для долотоегроения задача - в короткие сроки радикально снизить продолжительность всех этапов проектирования и освоения новой продукции. Для этого необходимо автоматизировать и оптимизировать процессы проектирования и изготовления штампов на основе применения современных компьютеров и эффективного программного обеспечения. Одна из важнейших задач на этом пути - проведение исследований по интенсификации и

оптимизации технологического процесса изготовления штампов с целью повышения их стойкости, а также снижения стоимости одной заготовки.

Решение всех проблем указанной тематики возможно только при исследованиях их во взаимосвязи с использованием результатов разработки и взаимовлияния каждого этапа, начиная со сквозного проектирования детали, затем ее поковки, ассоциированных с ними штампов, моделирования процесса эксплуатации, затем разработки технологии изготовления штампов, а также результатов оптимизации режимов штамповки.

Большой вклад в решение вопросов совершенствования технологии проектирования и изготовления сложных штампов для горячей штамповки и разработки материалов для них внесли отечественные и зарубежные ученые Ю.А. Аверкиев, И. Л. Акаро, Л.Б. Аксенов, Е.И. Вельский, Ю_А. Бочаров, А.Н. Брюханов, В.Г. Вайнерман, O.A. Ганаго, Ю.А. Геллер, Г.Д. Дель, А.М. Дмитриев, В.И. Ершов, Л .В. Зуева, В.В. Куниловский, Магазаки, ИЛ. Мовшович, AJ. Овчинников, Л.А. Позняк, A.B. Ребельский, Л.И. Рудман, Ю.М. Скрыпченко, С.И. Тима-шев, Б.Ф. Трахтенберг, Ч. Шаффер, Юошино и др.

Над решением проблем, связанных с контактным износом и повышением стойкости штампов, моделированием процессов штамповки, изучением напряженно-деформированного состояния штампов успешно работали ученые К. И. Басов, Н.В. Биба, Р. Галлагер, Р. Гамильтон, АЛ. Давыдов, Я.М. Клебанов, А.И. Лишний, А.К. Мазурин, В.А. Потапов, С.П. Рычков, Ж.К. Сабоннадьер, B.C. Севастьянов, В.П. Севердеыко, П.И. Соснин, С .А. Стебунов, А.П. Чернышов, К.В. Щеклеин и др.

Работы этих ученых обеспечили значительный прогресс в проектировании и отработке штамповой оснастки, в изучении напряженно-деформированного ее состояния при горячей штамповке во многих отраслях машиностроения.

Однако проблему нельзя считать решенной, о чем можно судить по состоянию прекгирования, технологии изготовления сложной штамповой оснастки в нефтегазопромысловом машиностроении и, в частности, в долотостроеиии.

На основе результатов исследований вышеназванных ученых и опыта производства сложился раздельный подход к разработке и оптимизации процессов, касающихся собственно штамповки, и к разработке и оптимизации технологии проектирования деталей сложной формы, поковок для них, проектированию сложных штампов и технологии их последующей механообработки. Такое положение нашло свое отражение в компьютерных системах, обособленных для решения проблем каждого из перечисленных этапов.

Указанный раздельный подход оправдан при относительно низкой стоимости механообработки детали по сравнению со стоимостью штампов и не приемлем для долотного производства, так как детали долот обрабатываются в закаленном виде и с очень высокой точностью, что обуславливает высокую стоимость механообработки.

Форма и размеры поковок зависят от типа и размера долота, а также от размеров заказываемых партий. При этом минимум приведенных затрат не всегда обеспечивается максимальной стойкостью штампов. Иногда эта стоимость может увеличиваться или снижаться за счет выбора свойств и стоимости материала, точности механообработки штампа, выбора режимов нагрева и штамповки. Это особенно актуально для малых партий долот (менее 50 шт.), когда требу-

ется оптимизировать не отдельные параметры, а приведенные общие затраты, включающие и штамповку, и мехобработку.

В то же время необходимо сократить сроки проектирования и изготовления долот со всей необходимой оснасткой с 6 до 1 месяца.

Целью настоящей работы является создание компьютерной системы сквозной технологии проектирования сложных штампов на основе моделирования процесса их эксплуатации, способной к совместной оптимизации всех этапов, резкому снижению сроков проектирования и освоения штампов без проведения длительных и дорогостоящих натурных экспериментов.

Элементы системы необходимо подобрать по их совместимости, согласовать путем разработки методик оптимизации и элементов программного обеспечения.

Для достижения этой цели поставлены следующие задачи исследования: разработка методик проектирования оптимизированных математических моделей лап буровых долот, их заготовок, ассоциированных с ними моделей штампов;

разработка методики конечно-элементного моделирования оптимизированного процесса штамповки;

разработка методики оптимизации технологического процесса изготовления штампов для заготовок лап, включающей автоматизированный выбор механической обработки, режущего инструмента, режимов обработки, оборудования;

разработка методики расчета удельной стоимости, приходящейся на одну поковку, базирующейся на цеховой себестоимости материалов и способов мехобработки с распределением границ затрат, обеспечивающих саму возможность и величину получаемого эффекта;

разработка методики автоматизированного контроля точности получаемых в штампах заготовок лап и соответствия их параметров требованиям чертежа;

опытно-промышленная проверка, внедрение результатов в производство, оценка их экономической эффективности.

На защиту выносятся: метод решения крупной научной проблемы совершенствования технологии проектирования и изготовления сложных штампов с гарантированными прочностными параметрами, установленными на базе моделирования процесса их эксплуатации и теории приспособляемости без проведения длительных и дорогостоящих натурных экспериментов; создание компьютерной системы сквозного технологического обеспечения долотного производства пггамповой оснасткой, позволяющей кратно повысить стойкость штампов, кратно снизить удельные затраты на одну поковку, многократно снизить сроки проектирования и изготовления штампов, получать большой экономический эффект.

Методика исследований. Поставленные задачи решались путем теоретических и экспериментальных исследований, в том числе с помощью новых математических моделей, современных программно-технических средств и методик определения НДС рабочей части штампов с помощью конечно-элементных математических моделей, с применением методов механики деформируемого твер-

дого тела, математического планирования экспериментов, а также новых методик исследования влияния изменения конструктивных и технологических параметров штампов на их работоспособность.

Обработка результатов экспериментов проводилась с использованием методов математической статистики по стандартной программе "Статистика" для ЭВМ.

Научная новизна.

1. Предложена новая концепция сквозного компьютерного проектирования и изготовления сложных штампов в едином информационном технологическом процессе от проектирования заготовки и пггамповой оснастки до контроля готовых игтамповых изделий.

2. Созданы необходимые методические и программные средства для реализации указанной концепции.

3. Получены зависимости, определяющие взаимовлияние конфигураций детали, ее заготовки, конструкционных параметров и материала штампов от технологических режимов их эксплуатации на стадии сквозного проектирования без проведения длительных и дорогостоящих натурных экспериментов.

4. Разработана методика оптимизации параметров штампов на основе моделирования процессов эксплуатации, позволяющая значительно повысить их стойкость.

5. Установлено, что с помощью оптимизации нагрева заготовок и изменения конструктивных параметров штампа можно значительно снижать интенсивность упругих напряжений (до 60%) и устанавливать их ниже предела текучести материала штампа, а также снижать температуру на поверхности гравюры (на 90°С и более).

6. Разработана методика компьютерной оптимизации и интенсификации технологии механообработки штампов, позволяющая многократно ускорить изготовление н освоение новых штампов.

7. Большая часть положений и разработок автора, приведенных в настоящем автореферате дисертации, опубликована в центральных изданиях. Многие конструкторские разработки автора обладают мировой новизной, защищены патентами РФ на изобретения.

Практическая ценность и реализация работы.

Использование методов теории приспособляемости конструкций в сочетании с многоуровневым конечно-элементным моделированием резко повышает эффективность расчетных процедур проектирования штампового инструмента и составленных на их основе программных модулей, делает последние доступными для широкого круга пользователей, создает предпосылки для формирования у расчетчиков и исследователей физически ясных представлений о поведении штампового инструмента при эксплуатации, и в результате ведет как к повышению производительности процесса проектирования, так и снижению стоимости одной поковки.

Разработанные система и методики для сквозного автоматизированного проектирования лапы долота, ее поковки, штампа для получения поковки этой лапы, создания оптимизированной технологии изготовления штампов с приме-

ненисм средств автоматизации и автоматизированных систем (CAD/CAM/CAE-технологии) в 2002-2005 г.г. тщательно апробированы, позволили многократно (в 8 раз) ускорить цикл освоения штампов для изготовления новых поковок лап и долот в серийном производстве на весь годовой объем ( более 500 типоразмеров долот), в 1,4-2,5 раза повысить стойкость штампов, качество самих поковок лап, в 2 раза снизить припуски, снизить в 2-2,7 раза стоимость прессовой оснастки на одну поковку, сократить в 3-4 раза время наладки штампов.

Положения, разработанные в диссертации, используются при проектировании и изготовлении штамповой оснастки для изготовления заготовок лап буровых долот в ОАО "Волгабурмаш", а также переданы для внедрения на Дрого-бычский дологпшй завод (Укранна), на Верхнесергннский завод «Уралбурмаш», на Сарапульский машиностроительный завод.

Внедрение усовершенствованной технологии изготовления сложных штампов позволило ОАО «Волгабурмаш» обеспечить получение годового экономического эффекта более 2300 тыс. рублей, а также своевременные сроки поставки новых долот на экспорт в более чем 30 стран,

Дпропя1гия работы. Основные положения диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили одобрение на Всероссийских и международных конференциях и семинарах:

- на научно-технических конференциях Ассоциации буровых подрядчиков РФ (г. Анапа, 1996 г.; г. Астрахань, 1998 г.; г. Москва, 1999 г.; г. Москва, 2000 г., 2001г., 2002 г., 2003 г.);

- иа международных конгрессах, посвященных бурению, добыче нефти, нефтепромысловому оборудованию "Нефтегаз-97", "Нефтегаз-98", "Нефтегаз-99", "Нефтегаз-2001", "Нефтегаз-2003" (г.Москва, г. Алматы, г.Ашгабат);

• иа международной научно-технической конференции "Высокие технологии в машиностроении", г. Самара, 2002 г.;

- на международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы надежности технологических, энергетических и транспортных машин", г.Самара, 2003 г.;

- на ученом совете СамГТУ и научно-технических советах ОАО "Волгабурмаш" и Сарапульского маши носгоительного завода.

Публикации. Основное содержание диссертационной работы изложено в опубликованных 27-и научных работах, включая 12 патентов РФ.

Объём и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти основных разделов, основных выводов, библиографического списка литературы из 142 наименований. Общий обьСм работы 179 стр, включая 167 стр. учитываемого машинописного текста, 108 рисунков и 4 таблицы.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении и в первой главе обоснована актуальность темы диссертации, поставлена цель и сформулированы задачи исследования, изложены основные положения, выносимые на защиту, определена научная новизна. Отмечается, что характерным представителем группы заготовок со сложной объемной геометрией являются поковки лап шарошечных буровых долот. В зависимости от 60 размеров долот по диаметрам, масса лап, на которых подвижно раз-

мешаются шарошки с породоразрушающими элементами, колеблется в очень широких пределах. В соответствии с ГСЮТ7505-89 поковки лап для таких долот имеют высокий исходный индекс (до 14 и более). Потребность производства в поковках лап исчисляется сотнями тысяч, а количество постоянно сменяемых штампов для самых различных типоразмеров, наиболее тяжелые из которых имеют массу до 2,5 тн, исчисляется многими сотнями.

Анализ опубликованных работ и зарубежных патентов показал, что существуют различные концепции при решении проблем, связанных с проектированием и изготовлением штампов, а также различные причины ограничения их стойкости.

Ряд ученых считает, что основная причина ограничения стойкости - значительные температурные перегрузки. Другие связывают сопротивление смятию с температурой и выдержкой, при которой в течение 4 часов сохраняется заданная твердость.Трстья группа ученых считает, что основное внимание при проектировании штампов н их эксплуатации должно уделяться изменению диаграммы деформирования при штамповке. Такой подход позволяет учесть поведение материала только на первых циклах деформирования. Поэтому представляется целесообразным учитывать также послециклическне свойства образцов. Общим недостатком рассмотренных подходов является необходимость введения многочисленных допущений эмпирического характера, в которых нет прямого учета циклически изменяющегося градиента температур, а результаты не могут учесть сложную геометрическую форму реальных штампов.

Наиболее перспективным направлением в проектировании штампов является многофакгорная оптимизация с помощью конечно-элементного моделирования, охватывающая совместное рассмотрение температурных полей и полей скоростей перемещений при деформировании заготовки.

Автором на базе опубликованных материалов и патентов сформировано современное представление о процессах проектирования и технологии изготовления сложных штампов, представлена классификация существующих программных продуктов САПР, применяемых для реализации процессов проектирования и производства.

Сформулированы критерии выбора систем для предлагаемого сквозного цикла проектирования и производства «от идеи до металла» с объединением всех отдельных этапов в единую информационную технологию производства сложных штампов, необходимых для изготовления поковок лап. Эта технология включает блоки: «PDM-система», «СА1ХЗО>-система», «САЕ-система», «CAD(2D)-CHCieMa», «ГПТГ-система», «САМ-система».

Отмечена особая важность в реализации схемы сквозного проектирования и изготовления штампов разработанной технологии механообработки, включающей оптимизированный выбор стратегии обработки, режимов резания, инструмента, материалов и оборудования. Также отмечена устойчивая тенденция внедрения в штамповое производство методов твердого фрезерования с применением высокоскоростной лезвийной обработки материалов HSM (High Speed Machining) в твердом состоянии после термообработки.

Вторая глава посвящена решению проблем обязательного этапа предлагаемого сквозного проектирования и изготовления штампа — конечно-элементному анализу напряженно-деформированного состояния (НДС), который

позволяет оптимизировать основные взаимозависимые факторы - конструктивные, прочностные, тепловой режим нагрева заготовки и штампа, выбор материала - без проведения длительных и дорогостоящих натурных экспериментов.

Проведен анализ факторов, влияющих на процесс деформирования металла, форму и долговечность штампов.

До недавнего времени при проектировании буровых шарошечных долот и оснаспси для их изготовления применялись, в основном, методы расчета нагрузок, основанные на теории сопротивления материалов. Их недостатки заключаются в том, что объемные детали моделировались очень приближенно, без учета реальной геометрии, характера нагруження и нелинейного поведения материалов исследуемых деталей, особенно при больших деформациях, возникающих в процессе штамповки.

Метод конечных элементов позволяет производить компьютерный анализ сложных пространственных конструкций, расчет которых не может выполняться иными методами. МКЭ является численным методом решения дифференциальных уравнений упругости и пластичности. Благодаря высокой степени автоматизации построения расчетных моделей и их анализа, простоте применения реализующих его программ МКЭ выбран и для решения поставленных в диссертации задач.

Подход к оценке циклической несущей способности штампов основан на теории приспособляемости с применением метода упругой компенсации.

Последовательность линейных конечно-элементных решений строится таким образом, чтобы подобрать поле фиктивных остаточных напряжений сг^,

соответсвукмцих возможно большей области приспособляемости. С этой целью на каждой итерации корректируются значения модулей упругости £, в каждом из конечных элементов. Сокращение времени решения происходит за счет применения итерационного метода, состоящего в последовательном решении ряда линейных задач вместо пошагового решения на каждом цикле нагружения.

Для оценки нижней границы приспособляемости используется статическая теорема Мелана. В соответствии с ней приспособляемость в идеальном уп-ругопластическом теле наступает, когда можно найти такое, не зависящее от времени, поле фиктивных остаточных напряжений , чтобы при любых изменениях нагрузки в заданных пределах сумма этого поля с полем упругих напряжений о,! в идеально упругом теле была безопасна, т.е. суммарное напряжённое

состояние сг*(, находилось внутри поверхности текучести.

Внешние усилия, при которых где-либо в конструкции напряжения а~'о и сг' достигают предела текучести, обозначаются соответственно через @я' и £>'т. Меньшее из этих усилий является оценкой границы приспособляемости на данной итерации: = гшп(<2ж*, ). Окончательная оценка — это величина Она достигается на той итерации, где нагрузки (2т' и (Ут оказываются наиболее близкими друг к яругу.

Для практического решения задачи определения циклической несущей способности элементов гравюры штампа автором была предложена и реализована на примере процесса штамповки заготовки лапы бурового долота двухшаговая

численная процедура конечно-элементного моделирования, согласно которой процесс штамповки сначала моделируется без учёта зависимости между тепловыми и механическими нагрузками, нижняя половинка штампа рассматривается как абсолютно жёсткое тело, верхняя — как упруттое тело, а заготовка имеет тер-мовязкоупругое поведение. Затем тепловые н другие поля напряжений в верхней половинке штампа рассчитываются с точностью, необходимой для решения задачи приспособляемости с применением пакета АИБУЗ. Геометрическая модель штампа строилась в С АО-системе ишвгарЫсв, а затем передавалась непосредственно в АЫБУЭ. Анализ распределения напряжений и температур по поверхности гравюры и в сечениях штампа проводился визуально на основе соответствующих цветных линий уровня, построенных программой.

При моделировании взаимодействия на контактной поверхности между инструментом и заготовкой во внимание принимались три аспекта: контактные усилия, трение н передача тепла. Для описания трения принимался закон трения Кулона. Эквивалентное касательное напряжение рассчитывалось в соответствии с условием текучести Треска

Здесь ¡л - коэффициент трения скольжения, т - коэффициент касательных напряжений, <га - предел текучести, <т„ — нормальное напряжение на контактной поверхности.

Решение выполнялось по двухуровневой схеме. Сначала вся половинка (рис. 1) моделировалась с использованием относительно грубой конечно-элементной сетки. Затем наиболее нагруженная чаете половинки представлялась с использованием достаточно мелкой сетки, которая навешивалась на полную модель (рис. 2).

Размер мелкой сетки подбирался таким образом, чтобы обеспечить достаточную точность аппроксимации градиента температур в приповерхностных слоях инструмента.

|т| = ^ст„ при =

при Ма„^т-1=

Я

Рис. I. Геометрическая модель (М1:20) верхнего штампа, построенная в специализированном пакете геометрического модалирва-ния ит{£гарЫся.

Рис. 2. Конечно-элементное разбиение наиболее нагруженной части инструмента. Исходная геометрия.

Решение задачи теплопроводности выполнялось для циклических условий нагружения, соответствующих реальным режимам процесса штамповки с использованием схематизированных диаграмм деформирования стали 5ХНМ.

Изменение температуры в точке А пересечения поперечного и продольного сечений, выбранной на наиболее нагруженной поверхности гравюры при последовательной штамповке трёх заготовок, приводится на рис.3. Показано, что разница температур в одинаковых точках временного цикла при штамповке 3 и 4 заготовок составляет менее 5%, что позволяет считать температурный цикл установившимся.

Затем дня двух указанных моментов времени рассчитывались поля упругих напряжений. Для момента третьего удара они складываются из температурных напряжений и напряжений от усилий со стороны заготовки. Из результатов анализа следует, что в наиболее нагруженных областях упругие напряжения, вызванные температурным градиентом, составляют до 90% от общих напряжений.

В соответствии с принятым методом определения границы приспособляемости был выполнен прямой пошаговый расчёт напряженно-деформированного состояния верхней половинки штампа при штамповке первой заготовки для интервала температур заготовки от 1200°С до 1100°С.

Оценка снизу границы приспособляемости проводилась по следующему условию

К+гГо| <а> О)

360

880

Тем- 720 ______

пера- 6 40

тура, . Й

°С 550 ч Л

480

400 -

320

£40

-160

IV

Время, с

Рнс.З. Зависимость температуры (градусы Цельсия) от времени (секунды) в наиболее нагретой точке при последовательной штамповке 4-х заготовок дня базовой геометрии

Здесь <т'- поле остаточных напряжений после третьего удара при штамповке

первой заготовки, <гу- поле упругих напряжений во время третьего удара при

штамповке третьей заготовки, когда достигается установившееся циклическое температурное состояние. Прямыми скобками показано вычисление интенсивно-

ста напряжений. Предел текучести <Ут соответствует температуре в момент третьего уд ара при штамповке третьей заготовки.

Выполнение условия (1) означает, что приспособляемость имеет место. Проведённые расчеты для интервала температур заготовки от 1200°С до 1100°С показали, что для верхней границы интервала интенсивность напряжений в левой части (1) максимально превышает предел текучести на 24%, а при температуре заготовки 1100°С - ниже его на 5,7%.

Результаты исследования зависимости интенсивности упругих напряжений от глубины залегания для различных температур нагрева заготовки приведены на рис. 4.

Как видно из графика, указанное снижение температуры заготовки на 100°С приводит к значительному и практически равномерному снижению интенсивности упругих напряжений в приповерхностных слоях штампа (примерно на 50-60%), что несомненно должно способствать повышению стойкости штампов.

Из выполненного анализа следует, что варьированием температуры заготовки можно реально оптимизировать и повышать долговечность инструмента.

Снижение интенсивности термоупругих напряжений на поверхности гравюры может быть также достигнуто за счёт придания ей более плавной формы и связанного с этим улучшения условий отвода тепла от поверхности. В настоящей работе изменения геометрической формы заключались в увеличении радиусов сопряжений на 50-70%.

800

к. ¿3

0,5 1 1,5

Глубина залегания, мм.

Рис. 4. Интенсивность упругих напряжений и их глубина залегания в точке А при штамповке третьей заготовки (третий удар) с учетом температуры заготовки

Для измененной геометрии штампа и температуры заготовки в 1200вС по описанной методике были проведены все необходимые расчёты. Превышение левой части условия (1) над правой составило примерно 3-8%.

Результаты исследования зависимости интенсивности упругих напряжений от глубины залегания при изменении геометрии выступающих частей огтам-

па (увеличении радиусов скругления на 50-70%) приведены на рис. 5.

Как видно из графика, при таком изменении геометрии происходит перераспределение напряжений за счет существенного их снижения на поверхности (с 761 МПа до 517 МПа) и незначительного роста в глубине штампа (с 170 МПа до 193 МПа). Это связано с перераспределением температурных полей при изменении геометрии (см. рис. 6). Температура на поверхности в зоне точки А уменьшается на 94°С, а на глубине {фактически остается неизменной (увеличение на 5 °С).

Таким образом, изложенный подход позволяет оптимизировать и количественно оценивать увеличение сопротивления смятию гравюры с более плавной формой.

Он также позволяет оптимизировать выбор штамповых сталей для повышения стойкости инструмента с учетом механических свойств (пределов текучести, прочности, усталости, относительного удлинения при разрушении и др.) и удельной стоимости одной заготовки. Были исследованы возможности нескольких марок стали, в том числе штамповой стали 5Х2НМФ со значительно более высокими механическими свойствами. Её теплофизические свойства мало отличаются от стали 5ХНМ. Замена материала практически не повлияла на распределение и изменение полей температур, а циклические напряжения оказались пол-

Марка стали Механические свойства

ав, МПа стт, МПа Е<И20"СХ МПа 8„%

5ХНМ 1570 1420 201490 9

5Х2НМФ 1750 1500 228570 10

Й «о

5 и

5 а

« а

я 36

ж «

о о.

м и

ы <я

£ я к

- Исходная геометрия, 1200 С -Измененная геометрия, 1200 С

1 1,5

Глубина залегания, мм.

2,5

Рис. 5. Интенсивность упругих напряжений и их глубина залегания в точке А при штамповке третьей заготовки (третий удар) с учетом изменения геометрии

О ОД 1 1,5 2 24

Глубина залегания, мм.

Рис. 6. Распределение температуры по глубине штампа в точке А при штамповке третьей заготовки (третий удар)

Методика определения эффективности от применения этих сталей и сопоставление удельных затрат на одну заготовку приведены в главе 5.

Проведенные исследования по оптимизации температуры заготовки, конструктивных параметров и выбору материала штампа определили пути дальнейшего улучшения условия приспособляемости конструкции штампового инструмента.

В третьей главе представлены разработки по автоматизации проектирования деталей со сложной объемной геометрией, поковок и штамповой оснастки для их изготовления, позволяющие многократно сократить (фоки освоения новых штампов.

В соответствии с рекомендациями, разработанными в первой главе, определена система применения средств автоматизации и автоматизированных систем (CAD/CAM/CAE/PDM-технолопш) для изготовления заготовок лап буровых долот.

Разработана конкретная схема процесса сквозного автоматизированного проектирования детали, поковки и штамповой оснаспсн для ее изготовления, проектирования технологии изготовления штампов, отслеживания и необходимой модификации хода выполнения проектных процедур на всех его стадиях, включая управление архивом проектных решений (рис. 7).

Из схемы видно, что концепция сквозного цикла использует 3-х -мерную модель как базовый элемент для объединения отдельных этапов подготовки и производства в единую информационную технологию.

Для производства штамповой оснастки по изготовлению лап буровых долот наиболее актуальными в представленной выше сквозной технологии проектирования и изготовления являются компоненты CAD, САМ и CAE.

Выбрано программное обеспечение для 2D- и ЗБ-моделирования, проектирования технологических процессов и инженерных расчетов, разработана методика и программный комплекс для построения ЗО-моделей заготовки и штампа, созданы системы автоматизированного проектирования «САПР-Долото» и

Рис. 7. Схема процесса сквозного проектирования и изготовления изделия (САО/САМ/СЛЕ - технологии)

«САПР-технология» с едиными консгрукгорско-технологическими чертежами, выполненными по операционному принципу.

Концепция сквозного цикла еще на стадии проектирования обеспечивает возможность оптимизации геометрических параметров поковки и штампа на основе применения метода конечных элементов в процессе проектирования. После выбора оптимальной геометрии штампа выполняется разработка управляющих программ станков с ЧПУ для его изготовления. Предложенная автором настоящей работы автоматизированная методика процесса разработки Зс1-модели поковки лапы и проектирования штампа приведена на рис. 8.

Четвертая глава посвящена разработке оптимизированной технологии механической обработки, в том числе методики выбора стратегии, инструмента, режимов и оборудования для изготовления штампов.

В этой методике основным требованием к технологии, методам обработки и металлорежущему оборудованию выступает производительность обработки, определяющая эффективность производства и, таким образом, время окупаемости инвестиций.

В соответствии с рекомендациями, представленными автором в первой главе, в качестве основы методики выбрана наиболее эффективная технология высокопроизводительной обработки. В этой методике выбора стратегии изготовления штампов предусмотрено решение всех проблем, связанных с высокопроизводительной обработкой штампов, требованиями к станочному оборудованию,

Ввод исходных данных для проектирования поковки лапы

X

Формирование 3(1-моделн штампа на основе геометрии модели поковки

т —

Анализ напряженно-деформированного состояния штампа методом КЭ

Выбор кода опоры, соответствующего исходным данным, из базы данных 1

*

Определение размеров и ориентации цапфы поковки 2

1

Выбор оптимальной конфигурации спинки лапы 3

1

Расчет оптимальных параметров узлов смазки, промывки (продувки) н внутренней полости поковки 4

1

Выбор параметров присоединительной резьбы долота из базы данных 5

А

Геометрическое построение Зё-модели поковки лапы 6

Разработка управляющих программ для станков с ЧПУ

Рис. 8. Блок-схема процесса разработки Зй-модели поковки лапы и проектирования штампа.

режущему инструменту и программному обеспечению, используемому доя расчетов траекторий движения инструмента, режимам резания и подготовке управляющих программ для станков с ЧПУ. Это позволило реально оптимизировать технологию изготовления штампов.

Скорости резания и величины подачи выбираются постоянно высокими при соблюдении постоянства отношения глубины резания н боковой подачи. Тем самым обеспечивается снижение вариаций нагрузок на режущие кромки фрез, что, в свою очередь, ведет к сокращению тепловыделения, к снижению усталостных нагрузок и к повышению стойкости инструмента. Постоянство припуска является одним из основных условий применения высокопроизводительного резания.

Возможности программного обеспечения CAD/CAM являются ключевыми в обеспечении эффективной высокопроизводительной обработки штампов. Технология начинается с создания управляющей программы, которая в большой мере влияет на износ дорогостоящего станка, инструмента и качество обработки.

В пятой главе приведены результаты внедрения разработок, выполненных автором настоящей диссертации и расчет экономического эффекта.

Разработана методика расчета удельной стоимости, приходящейся на одну поковку, базирующейся на цеховой себестоимости каждой операции механообработки и материалов. Методика позволяет регулировать границы затрат и величину получаемого эффекта в зависимости от потребной стойкости штампов для больших и малых партий заказываемых потребителями долот.

В результате проведенных исследований существовавшая в долотострое-нин РФ и, в том числе, в ОАО «Волгабурмаш» технология проектирования и изготовления штамповой оснастки с использованием копируемых твердотельных моделей полностью заменена на систему сквозного автоматизированного проектирования и изготовления с применением средств автоматизации и автоматизированных систем (CAD/CAM/CAE-технологии), которая также передана и успешно внедряется на Дрогобычском долотном заводе (Украина), Верхнесергинском долотном заводе «Уралбурмаш» и Сарапульском машзаводе, выпускающем буровые долота.

ОБШИЕ ВЫВОДЫ

1. Решена крупная научная проблема совершенствования технологии проектирования и изготовления сложных штампов с гарантированными прочностными параметрами на основе моделирования процесса их эксплуатации и применения теории приспособляемости без проведения длительных и дорогостоящих натурных экспериментов.

2. Разработаны автоматизированная система сквозного проектирования сложных математических моделей лап буровых долот и их заготовок, а также методика конечно-элементного моделирования процесса штамповки, которые на стадии проектирования позволяют оптимизировать модели штампов с учетом изменяемых силовых и температурных режимов эксплуатации, геометрических параметров гравюры и выбора материала.

3. Установлено, что с помощью оптимизации нагрева заготовки, геометрической конфигурации гравюры, механических свойств материала можно существенно (на 90° и более) снижать температуру в наиболее Halt

пряженных зонах гравюры и в широких пределах (до 60%) снижать интенсивность внутренних напряжений в поверхностных слоях.

4. Для предлагаемой автоматизированной системы сквозного проектирования и изготовления сложных штампов разработана методика оптимизации проектируемого технологического процесса изготовления штампов для заготовок лап, включающая последовательный автоматизированный выбор стратегии применения механической обработки, режущего инструмента, режимов и оборудования, необходимых для разработки обрабатывающих программ.

5. Для расчета экономического эффекта от применения новых технологий обработки штампов, а также различных по стоимости материалов для их изготовления разработана методика определения удельной стоимости оснастки, приходящейся на одну поковку, базирующаяся на расчетах предельной стойкости штамповой оснастки, стоимости и расхода материалов, стоимости всех видов обработки штампов, включая цеховую себестоимость.

6. Разработана методика контроля точности заготовок с помощью автоматизированной измерительной компьютерной системы, применение которой обеспечило снижение времени контроля на 45+60% и затраты на его проведение в 3+4 раза.

7. Разработанная автоматизированная система сквозного проектирования лапы долота, поковки лапы, штампов для её получения, создания и реализации технологии изготовления штампов с применением средств автоматизации и автоматизированных систем тщательно апробирована в 2002-2005 г.г. и внедрена в серийное производство ОАО «Волгабурмаш».

8. Указанные система и методики позволили, примерно в 8 раз, ускорить цикл проектирования и освоения сложных штампов, полностью обеспечить штампами весь годовой объём производства опытных и серийных долот различных типоразмеров, в 1,44-2,5 раза повысить стойкость штампов, снизить удельную стоимость одной поковки в 2,0+2,7 раза; сократить время наладки штампов в 3+4 раза. Экономический эффект от внедрения данных мероприятий в ОАО «Волгабурмаш» составил 2,3 млн. руб. в год.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Гавриленко М.В., Богомолов P.M. Интенсификация процесса изготовления сложной ппамповой оснастки (на примере лапы шарошечного долота). Журнал «Химическое и нефтегазовое машиностроение», Jfe 1,2003 г.

2. Гавриленко М.В., Богомолов P.M. О совершенствовании технологии автоматизированного проектирования и изготовления штамповой оснастки для выпуска заготовок лап буровых долот. Журнал ''Заготовительное производство", М., №6,2004.

3. Гавриленко MJB., Ищук А.Г. "О техническом уровне продукции ОАО "Волгабурмаш". Издание к Международной конференции "Нефтегаз-98" в Москве. Из-дат. "Медиа Пазарлама А.8."Стамбул, Турция, 1997 г.

4. Гавриленко М.В., Богомолов P.M., Сурков О.С. Повышение качества и сокращение сроков изготовления штамповой оснастки для буровых долот. Труды

Межд. конференции «Актуальные проблемы надежности машин» 25-27 ноября 2003 г. Изд. «Машиностроение», М., 2003 г.

5. Гавриленко М.В., Богомолов P.M. Совершенствование технологии автоматизированного проектирования и изготовления штамповой оснастки для выпуска лап буровых долот. Журнал «Заготовительные производства в машиностроении», №6,2004 г.

6. Гавриленко М.В. Использование теории приспособляемости для исследования процессов смяли гравюры инструмента горячей штамповки заготовок лап долота. Журнал «Химическое и нефтегазовое машиностроение», №3,2005 г.

7. Гавриленко М.В., Неупокоев ВГ. Буровые долота ОАО «Волгабурмаш», каталог-справочник. Издание ОАО «Волгабурмаш», г. Самара, 2003 г.

8. Гавриленко МЛ., Ишук А.Г., Богомолов P.M. Экспортный каталог- справочник "Нефтепромысловое оборудование ОАО "Волгабурмаш". Издат. "Дизайн Студио VS" W904, Финляндия, 1996 г.

9. Гавриленко М.В., Ишук А.Г. Каталог-справочник "Горнодобывающее и нефтепромысловое оборудование, выпускаемое ОАО "Волгабурмаш". Издат. Каспи-эн Комюникейшнз", Лондон, 1997 г.

10. Гавриленко MJ3., Богомолов P.M., Неупокоев ВГ. Буровые шарошечные долота ОАО «Волгабурмаш» для горнодобывающих предприятий, каталог-справочник. Издание ОАО «Волгабурмаш», г. Самара, 2003 г.

11. Гавриленко М.В., И щук А. Г., Богомолов P.M. Новые разработки ОАО "Вол-габурмаш".Весгник Ассоциации буровых подрядчиков РФ, №2,2000г.

12. Гавриленко М.В., Богомолов P.M., Некрасов И.Н. О новых высокоэффективных конструкциях буровых долот ОАО "Волгабурмаш". - Вестник Ассоциации буровых подрядчиков РФ, Jfe 2,2002 г.

13. Гавриленко М.В., Богомолов P.M., Неупокоев ВТ. Новые разработай ОАО «Волгабурмаш».Вестник Ассоциации буровых подрядчиков РФ, № 2,2003 г.

14. Гавриленко М.В., Ишук А.Г., Морозов Л.В. "Высокоэффективные буровые долота, ОАО "Волгабурмаш" с твердосплавным вооружением для строительства скважин в нефтегазодобывающей промышленности" (на русском и английском языках). Издат. "Англо-Каспиэн сервисез Лтд", Стамбул, 1999 г.

15. Гавриленко MJ3., Морозов Л JB., Ишук А.Г. Новые высокоэффективные конструкции буровых долот ОАО "Волгабурмаш" для условий Западной Сибири"(иа русском и английском языках). Сборник "Волга, энергия для жизни", к Международной конференции "Нефтегаз-99" в Москве. Издат. "Каспиэн Коммюни-кейшнз Лтд", Стамбул, 1999 г.

16. Гавриленко М.В., Богомолов P.M., Филатов Н.В. Способ изготовления лапы бурового долота // Патент РФ № 2219015. Бюл. №35, 2003.

17. Гавриленко М.В., Богомолов Р.М, Марик В.Б. Буровое трехшарошечное до-лого // Патент РФ № 2222683. Бюл. № 3,2004.

18. Гавриленко М.В., Богомолов Р.М, Гук Р.И. Буровое шарошечное долото // Патент РФ № 2222684. Бюл. № 3,2004.

19. Гавриленко М.В., Морозов Л.В., Мокроусов В .П. Буровое долото с клапанным узлом в лапе // Патент РФ № 2230877. Бюл. № 17,2004.

20. Гавриленко М.В., Богомолов P.M., Морозов Л .В. Буровое долото с усиленной армировкой спинок лап // Патент РФ № 2230876. Бюл. № 17,2004.

21. Гавркленко М.В., Богомолов P.M., Морозов Л.В., Мокроуоов В Л. Буровое долото для бурения скважин с продувкой забоя воздухом // Патент РФ № 2231613. Бюл. № 18,2004.

22. Гавриленко М.В., Мокроусов В.П. Долото для высокооборотного бурения // Патент РФ № 2230875. Бюл. № 17,2004.

23. Гавриленко М.В., Богомолов P.M., Морозов ЛЗ. Буровое долото// Патент РФ №2244798. Бюл. №2,2005.

24. Гавриленко MS., Ищук А.Г., Богомолов Р.М., Морозов ЛЗ. Буровое долото с герметизацией опоры// Патент РФ №2269636. Бюл. №4,2006.

25. Гавриленко М.В., Ищук АХ., Богомолов P.M., Морозов Л.В. Способ армирования наружной поверхности шарошек буровых долог с фрезерованным вооружением// Патент РФ №2275440. Бюл. №12, 2006.

26. Гавриленко М.В., Ищук А.Г., Неупокоев ВТ. Буровое долото с твердосплавным вооружением// Патент РФ №2270318. Бюл. №4,2006.

27. Гавриленко М.В., Ищук А.Г., Богомолов P.M., Морозов Л.В. Буровое долото с герметизацией опор для бурения скважин с продувкой забоя воздухом// Решение от 09.12.05 о выдаче патента по заявке №200412837

Заказ № 1317 Тираж 100 экз. Отпечатано на ризографе Самарский государственный технический университет Отдел типографии и оперативной полиграфии 443100 г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОВРЕМЕННОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ О ПРОБЛЕМЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПОВЫШЕНИЯ СТОЙКОСТИ ШТАМПОВ ДЛЯ ЗАГОТОВОК СО СЛОЖНОЙ ОБЪЁМНОЙ ГЕОМЕТРИЕЙ.

1.1 Особенности процесса проектирования и технологии производства заготовок со сложной объёмной геометрией на базе модели поковки.

1.2 Анализ опубликованных работ, касающихся проектирования, изготовления и эксплуатации штампов.

1.3Анализ проблем проектирования, технического уровня изготовления сложных штампов и штамповой оснастки в РФ и за рубежом.

1.4 Современное представление о процессах механической обработки штампов.

Выводы.

2. ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО - ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ШТАМПОВ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ.

2.1 Анализ факторов, влияющих на процессы деформирования металла, форму и долговечность штампов.

2.2 Разработка метода конечно-элементного моделирования процесса штамповки заготовки лапы бурового долота.

2.2.1 Анализ термомеханического состояния штампа. Поля температур и интенсивности упругих напряжений.

2.3 Расчет приспособляемости штампа.

2.4 Оптимизация температурного режима процесса штамповки и выбора материала штампа. вз

Выводы.

3 РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ СКВОЗНОГО АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ИЗГОТОВЛЕНИЯ ШТАМПОВ ДЛЯ ЗАГОТОВОК СО СЛОЖНОЙ ОБЪЕМНОЙ ГЕОМЕТРИЕЙ.

3.1 Ввод исходных данных для проектирования поковки лапы.

3.2 Методика автоматизированного проектирования «САПР-Долото».

3.3 Методика проектирования З-Б-модели поковки лапы долота.

3.4 Методика проектирования З-Б-модели штампа по результатам анализа НДС от механического и теплового воздействия.

3.5 Разработка алгоритма оптимального проектирования технологических процессов механической обработки штампов для изготовления поковок лап буровых долот.

3.6 Выбор стратегии обработки, оптимальных режимов и параметров инструментов в интерактивном режиме с применением симуляции мехобра -ботки на базе 3-D модели штампа.

- расчет оптимальных усилий резания, момента и мощности.из

- выбор оптимального оборудования с учетом финансовых затрат.

3.7 Методика контроля профиля заготовок.

Выводы.

4 ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРОВЕРКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ.

4.1 Апробирование методики конструкторского проектирования заготовок лап и штампов.

4.2 Выбор стратегии обработки штампов.

4.3 Выбор инструмента.

4.4 Определение режимов резания.

4.5 Обоснование выбора оборудования для изготовления штампов.

ВЫВОДЫ.

5 ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ И РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА.

5.1 Результаты внедрения новой системы сквозного проектирования и изготовления штамповой оснастки для выпуска заготовок со сложной объемной геометрией.

- методика расчета экономического эффекта от внедрения разработок.

- определение стойкости штампов.

- стойкость прессовых штампов.

- стойкость молотовых штампов.

5.2 Расчет экономического эффекта от внедрения результатов исследований.

Выводы.

Буровые шарошечные долота - основной породоразрушающий инструмент для строительства глубоких и сверхглубоких скважин в нефтяной и газовой промышленности, геологоразведке, при бурении взрывных скважин на открытых карьерах добычи руд для черной и цветной металлургии, добычи угля, шахтной добычи золота и алмазов, щебня для строительства дорог, сложных инженерных сооружений, мостов, тоннелей, морских платформ, молов, портов и др.

Разнообразие буримых пород, способов бурения, конструкций скважин и др. условий обуславливает необходимость выпуска около 700 самых различных типоразмеров долот для любых видов бурения.

От наличия, стойкости и эффективности работы долот прямо зависят показатели и затраты на бурение во всех этих отраслях в РФ и за рубежом, исчисляемые многими сотнями миллионов долларов. Во всем мире ведутся интенсивные исследования и затрачиваются большие средства на решение проблем, касающихся улучшения проектирования, технологий и материалов для изготовления буровых долот.

Поэтому производство долот отнесено к особо важному, стратегическому.

Ни в одной отрасли нет механизмов, работающих в таких экстремальных условиях, как буровое долот. Это и многотонные знакопеременные нагрузки, колебания колонны, абразивная среда, давление в сотни атмосфер.

В долоте необходимо выполнять высокоточные многорядные комбинированные подшипники качения и скольжения, а также упорные подшипники в опорах лап и подвижно закрепленных шарошках с породораз-рушающими элементами в виде фрезерованных наплавленных или вставных твердосплавных зубьев. Технология включает использование механо-обрабатывающих центров, плазменную наплавку твердого сплава на опорные поверхности подшипников лап, собственное производство твердых сплавов, высокоточную шлифовку, твердое точение, серебряное покрытие подшипниковых поверхностей, компьютерную сборку секций, а затем и долот из секций со сваркой электродом или тепловым лучом, новейшие печи для ХТО, включая вакуумные печи для цементации - вот далеко не полный перечень этапов изготовления долот. Для производства также необходимы более 300 наименований первоклассных основных и вспомогательных материалов. Поэтому технология отнесена к особо сложной.

В ее ряду особо выделяется производство заготовок лап массой от 1,5 до 300 кГ для различных по конструкциям долот диаметром от 120,4 до 660 мм, для которых необходимо проектировать, изготавливать и постоянно обновлять множество тяжелых и трудоемких штампов массой до 2,5 тонн. Изготовление поковок лап долот до 0215,9 осуществляется на горя-чештамповочных прессах с усилием до 4000 тс, а для долот 0244,5 и более - на штамповочных молотах с массой падающих частей до 10 тн.

Технология изготовления заготовок деталей долот горячей штамповкой доказала свою относительную эффективность с точки зрения прочностных свойств и точности получаемой конфигурации.

Однако, большие сроки проектирования, изготовления и освоения штампов по базовой технологии, а также их недостаточная стойкость стали настоящим тормозом на пути освоения новых типоразмеров и выпуска серийных долот.

Стоимость штампов велика. Например, чистовой штамп для лапы долота 0215,9 мм - более 40000 руб., а чистовой штамп для лапы 0269,9 мм - более 200000 рублей. Сроки от проектирования до изготовления по базовой технологии составляли 4-4,5 месяца.

При таком положении разработки и освоения новых конструкций не могла обеспечиться конкурентоспособность продукции предприятия на внутреннем и внешнем рынках из-за частой потери важных заказов.

Возникла жизненно важная для долотостроения задача - в короткие сроки радикально снизить продолжительность всех этапов проектирования и освоения новой продукции. Для этого необходимо автоматизировать и оптимизировать процессы проектирования и изготовления штампов на основе применения современных компьютеров и эффективного программного обеспечения, что при этом позволило бы снизить стоимость получения одной заготовки. Одна из важнейших задач на этом пути - проведение исследований по интенсификации и оптимизации технологического процесса изготовления штампов и повышения их стойкости.

Решение всех проблем указанной тематики возможно только при исследованиях взаимосвязи и взаимовлияния каждого этапа, начиная со сквозного проектирования детали, затем ее поковки, далее штамповой оснастки, затем разработки технологии изготовления штампов, а также результатов изучения поведения и оптимизации режимов непосредственно самой штамповки.

Большой вклад в решение вопросов совершенствования технологии проектирования и изготовления сложных штампов и разработки материалов для них внесли отечественные и зарубежные ученые Ю.А. Аверкиев, И.Л. Акаро, Л.Б. Аксенов, Е.И. Вельский, Ю.А. Бочаров, А.Н. Брюханов,

B.Г. Вайнерман, О.А. Ганаго, Ю.А. Геллер, Г.Д. Дель, А.М. Дмитриев, В.И. Ершов, JI.B. Зуева, В.В. Куниловский, Магазаки, И.Я. Мовшович, А.Г. Овчинников, JI.A. Позняк, А.В. Ребельский, Л.И. Рудман, Ю.М. Скрыпченко,

C.И. Тимашев, Б.Ф. Трахтенберг, Ч. Шаффер, Юошино и др.

Над решением проблем, связанных с повышением стойкости штампов, моделированием процессов штамповки, изучением напряженно-деформированного состояния штампов успешно работали ученые К. И. Басов, Н.В. Биба, Р. Галлагер, Р. Гамильтон, А.Н. Давыдов, Я.М. Клебанов, А.И. Лишний, А.К. Мазурин, В.А. Потапов, С.П. Рычков, Ж.К. Сабоннадь-ер, B.C. Севастьянов, В.П. Северденко, П.И. Соснин, С.А. Стебунов, А.П. Чернышев, К.В. Щеклеин и др.

Работы этих ученых обеспечили значительный прогресс в проектировании и отработке штамповой оснастки, в изучении напряженно-деформированного ее состояния при горячей штамповке во многих отраслях машиностроения, что позволило значительно уменьшить время проектирования и подготовки штамповочного производства при повышении стойкости штампов.

Однако проблему нельзя считать решенной, о чем можно судить по состоянию проектирования, технологии изготовления штамповой оснастки в нефтегазопромысловом машиностроении и, в частности, в долотострое-нии.

На основе результатов исследований вышеназванных ученых и опыта производства сложился раздельный подход к разработке и оптимизации процессов, касающихся собственно штамповки, и к разработке и оптимизации технологии проектирования деталей сложной формы, поковок для них, проектированию сложных штампов и технологии их последующей механообработки. Такое положение нашло свое отражение в компьютерных системах, обособленных для решения проблем каждого из перечисленных этапов.

Указанный раздельный подход оправдан при относительно низкой стоимости механообработки детали по сравнению со стоимостью штампов и не приемлем для некоторых производств, в частности, долотного. Специфика I.

Все элементы долота обрабатываются в закаленном виде с очень высокой точностью, что обуславливает высокую стоимость механической обработки.

Форма и размеры поковок деталей зависят от типа и размера долота, а также от размеров заказываемых партий. При этом минимум приведенных затрат не всегда обеспечивается максимальной стойкостью штампов. Иногда эта стоимость может увеличиваться или снижаться за счет выбора свойств и стоимости материала, точности механообработки штампа, выбоpa режимов нагрева и штамповки. Это особенно актуально для малых партий заказываемых долот (менее 50 шт.).

При этом основная задача - оптимизировать не только отдельные параметры, но и приведенные общие затраты на одну заготовку, включающие и проектирование, и выбор материала для штампа, и механическую обработку, и штамповку. Специфика П.

Требование мобильности - сокращение сроков проектирования и освоения долот, а значит и всей необходимой оснастки, с 6 месяцев до одного.

Исходя из изложенного, общей целью настоящей работы является создание компьютерной системы сквозной технологии проектирования сложных штампов на основе моделирования процесса их эксплуатации, способной к совместной оптимизации всех этапов, резкому снижению сроков проектирования и освоения штампов без проведения длительных и дорогостоящих натурных экспериментов.

Элементы системы необходимо подобрать по их совместимости, согласовать путем разработки методик оптимизации и элементов программного обеспечения для широкой номенклатуры штампов.

Для достижения этой цели поставлены следующие задачи исследования: разработка методик проектирования оптимизированных математических моделей лап буровых долот, их заготовок, ассоциированных с ними моделей штампов; разработка методики конечно-элементного моделирования оптимизированного процесса штамповки; разработка методики оптимизации технологического процесса изготовления штампов для заготовок лап, включающей автоматизированный выбор механической обработки, режущего инструмента, режимов обработки, оборудования; разработка методики расчета удельной стоимости, приходящейся на одну поковку, базирующейся на цеховой себестоимости материалов и способов мехобработки с распределением границ затрат, обеспечивающих саму возможность и величину получаемого эффекта; разработка методики автоматизированного контроля точности получаемых в штампах заготовок лап и соответствие их параметров требованиям чертежа; опытно-промышленная проверка, внедрение результатов в производство, оценка их экономической эффективности.

На защиту выносятся: метод решения крупной научной проблемы совершенствования технологии проектирования и изготовления сложных штампов с гарантированными прочностными параметрами, установленными на базе моделирования процесса их эксплуатации и теории приспособляемости без проведения длительных и дорогостоящих натурных экспериментов; создание компьютерной системы сквозного технологического обеспечения долотного производства штамповой оснасткой, позволяющей кратно повысить стойкость штампов, кратно снизить удельные затраты на одну поковку, многократно снизить сроки проектирования и изготовления штампов, получать большой экономический эффект.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Решена крупная научная проблема совершенствования технологии проектирования и изготовления сложных штампов с гарантированными прочностными параметрами на основе моделирования процесса их эксплуатации и применения теории приспособляемости без проведения длительных и дорогостоящих натурных экспериментов.

2. Разработаны автоматизированная система сквозного проектирования сложных математических моделей лап буровых долот и их заготовок, а также методика конечно-элементного моделирования процесса штамповки, которые на стадии проектирования позволяют оптимизировать модели штампов с учетом изменяемых силовых и температурных режимов эксплуатации, геометрических параметров гравюры и выбора материала.

3. Установлено, что с помощью оптимизации нагрева заготовки, геометрической конфигурации гравюры, механических свойств материала можно существенно (на 90° и более) снижать температуру в наиболее напряженных зонах гравюры и в широких пределах (до 60%) снижать интенсивность внутренних напряжений в поверхностных слоях.

4. Для предлагаемой автоматизированной системы сквозного проектирования и изготовления сложных штампов разработана методика оптимизации проектируемого технологического процесса изготовления штампов для заготовок лап, включающая последовательный автоматизированный выбор стратегии применения механической обработки, режущего инструмента, режимов и оборудования, необходимых для разработки обрабатывающих программ.

5. Для расчета экономического эффекта от применения новых технологий обработки штампов, а также различных по стоимости материалов для их изготовления разработана методика определения удельной стоимости оснастки, приходящейся на одну поковку, базирующаяся на расчетах предельной стойкости штамповой оснастки, стоимости и расхода материалов, стоимости всех видов обработки штампов, включая цеховую себестоимость.

6. Разработана методика контроля точности заготовок с помощью автоматизированной измерительной компьютерной системы, применение которой обеспечило снижение времени контроля на 45+60% и затраты на его проведение в 3+4 раза.

7. Разработанная автоматизированная система сквозного проектирования лапы долота, поковки лапы, штампов для её получения, создания и реализации технологии изготовления штампов с применением средств автоматизации и автоматизированных систем тщательно апробирована в 2002-2005 г.г. и внедрена в серийное производство ОАО «Волгабурмаш».

8. Указанные система и методики позволили, примерно в 8 раз, ускорить цикл проектирования и освоения сложных штампов, полностью обеспечить штампами весь годовой объём производства опытных и серийных долот различных типоразмеров, в 1,4+2,5 раза повысить стойкость штампов, снизить удельную стоимость одной поковки в 2,0+2,7 раза; сократить время наладки штампов в 3+4 раза.

Экономический эффект от внедрения данных мероприятий в ОАО «Волгабурмаш» составил 2,3 млн. руб. в год.

Условные обозначения

- эквивалентное касательное напряжение, МПа, № - коэффициент трения скольжения,

- предел текучести, МПа,

Гп ~ нормальное напряжение, МПа, I ij - поле остаточных напряжении, МПа, (Jij - поле упругих напряжений, МПа, Тз - температура заготовки, °С, vc - скорость резания, м/мин., fz - рабочая подача на зуб, мм/зуб, ар - глубина резания, мм, ас - ширина резания, мм, Л

Vcp - средняя скорость удаления материала, см /мин., Т - общее время обработки штампа, мин., л

V - общий объем удаленного материала, см , кс - удельная сила резания фрезы, Н/мм , kci - удельная сила резания для единичной толщины стружки, Н/мм2, hm - средняя толщина стружки, мм, тс - показатель увеличения удельной силы резания в зависимости от толщины стружки,

Dc - диаметр резания, мм,

Р - потребляемая мощность при фрезеровании, Дж, г) - безразмерный коэффициент, V/ - скорость перемещения заготовки, мм/мин. М - крутящий момент, н м, F - сила резания, Н, R - радиус фрезы, мм, С - средняя стойкость штампа, шт., N - суммарное количество поковок, шт.

1. Абакумов Д. Unigraphics NX новое поколение MCAD - систем для инженерной поддержки ЖЦИ. - CAD/CAM/CAE Observer, 2002, №3, с.ЗО-34.

2. Авдеев В.М., Аксенов Л.Б., Алиев И.С. и др. Изготовление заготовок и деталей пластическим деформированием./ Под ред. Богоявленского К.Н., Риса В.В., Шелестева A.M. Л.: Политехника, 1991. - 351 с.

3. Аверкиев Ю.А., Аверкиев А.Ю. Технология холодной штамповки: Учебник для вузов. М.: Машиностроение, 1989. - 304 с.

4. Бадалов Р.А., Махмудов С.А. О распределении нагрузки по элементам опоры трёхшарошечного долота. Изв. вузов, нефть и газ, 1968, №4. С.24-28.

5. Басов К. ANSYS в примерах и задачах. М.: КомпьютерПресс, 2002. - 224 с.

6. Вельский Е.И. Стойкость кузнечных штампов. Минск: Наука и техника, 1975.-239с.

7. Биба Н. Разработка и применение программы моделирования трёхмерной объемной штамповки Qform 2D/3D. САПР и графика, 2001, №9, с. 18-19.

8. Биба Н.В. САПР в России: итоги и прогнозы. САПР и графика, 2001, №12, с.6.

9. Биба Н.В., Лишний А.И., Стебунов С.А. Эффективность применения моделирования для разработки технологии штамповки. Кузнечно-штамповочное производство, 2001, №5, с.39-44.

10. Ю.Бродский Л.Л., Рыбаков А.В., Шептунов С.А. Возможности информационных технологий по управлению жизненным циклом разработки и изготовления наукоемкого изделия в машиностроении. -CAD/CAM/CAE Observer, 2003, №3, с.77-82.

11. Брюханов А.Н., Ребельский А.В. Горячая штамповка. Конструирование и расчёт штампов. Москва: Машгиз, 1952. - 246 с.

12. Вайнерман В.Б. Опыт штамповки деталей долот на Куйбышевском долотном заводе/ В сб. «Совершенствование конструкций и технологии буровых шарошечных долот»: Куйбышев, 1972. С.49-52.

13. Гавриленко М.В., Ищук А.Г., Богомолов P.M., Морозов Л.В., Мокроусов В.П. Буровое долото для бурения скважин с продувкой забоя воздухом // Патент РФ № 2231613. Бюл. № 18, 2004.

14. Гавриленко М.В., Богомолов Р.М, Марик В.Б., Гук Р.И. Буровое трёхшарошечное долото // Патент РФ № 2222683. Бюл. № 3, 2004.

15. Гавриленко М.В., Богомолов Р.М, Марик В.Б., Гук Р.И. Буровое шарошечное долото // Патент РФ № 2222684. Бюл. № 3, 2004.

16. Гавриленко М.В., Богомолов P.M., Некрасов И.Н. Высокоэффективные буровые долота ОАО "Волгабурмаш" на службе у отечественных зарубежных буровиков. Вестник АБП № 1,2002 г.

17. Гавриленко М.В., Богомолов P.M., Некрасов И.Н. О новых высокоэффективных конструкциях буровых долот ОАО "Волгабурмаш". -Вестник АБП, № 2, 2002 г.

18. Гавриленко М.В., Богомолов P.M., Неупокоев В.Г. Новые разработки ОАО «Волгабурмаш». Вестник АБП, № 2, 2003 г.

19. Гавриленко М.В., Богомолов P.M. Высокопроизводительный буровой инструмент ОАО "Волгабурмаш" нефтяникам и газовикам Туркменистана. Материал к Международной Конфер., 2002 г.

20. Гавриленко М.В., Богомолов P.M. Интенсификация процесса изготовления сложной штамповой оснастки (на примере лапы шарошечного долота). Журнал «Химическое и нефтегазовое машиностроение», № 1, 2003 г.

21. Гавриленко М.В., Богомолов P.M. О совершенствовании технологии автоматизированного проектирования и изготовления штамповой оснастки для выпуска заготовок лап буровых долот. Заготовительное производство, М„ №6, 2004.

22. Гавриленко М.В., Ищук А.Г. "Буровые шарошечные долота продукция нефтепромыслового машиностроения". - Международный журнал "Проблемы машиностроения и автоматизации", №4,2000 г.

23. Гавриленко М.В., Богомолов P.M. Совершенствование технологии автоматизированного проектирования и изготовления штамповой оснастки для выпуска лап буровых долот. Журнал «Заготовительные производства в машиностроении», № 6, 2004 г.

24. Гавриленко М.В., Богомолов P.M., Ищук А.Г. ОАО "Волгабурмаш"-накануне 50-летия" (на русском и английском языках) Официальный сборник "Волга" к Международной конференции "Нефтегаз-97". Издат. "Англо-Каспиэн Сервисез Лтд", Лондон, В/Британия, 1997.

25. Гавриленко М.В., Богомолов P.M., Морозов Л.В., Мокроусов В.П. Долото для высокооборотного бурения // Патент РФ № 2230875. Бюл. № 17,2004.

26. Гавриленко М.В., Богомолов P.M., Неупокоев ВГ. Буровые шарошечные долота ОАО «Волгабурмаш» для горнодобывающих предприятий, каталог-справочник. Издание ОАО «Волгабурмаш», г. Самара, 2003 г.

27. Гавриленко М.В., Богомолов P.M., Сурков О.С. Повышение качества и сокращение сроков изготовления штамповой оснастки для буровых долот. Труды Межд. конференции «Актуальные проблемы надежности машин» 2527 ноября 2003 г. Изд. «Машиностроение», М., 2003 г.

28. Гавриленко М.В., Ищук А.Г. "О техническом уровне продукции ОАО "Волгабурмаш". Издание к Международной конференции "Нефтегаз-98" в Москве. Издат. "Медиа Пазарлама A.S."Стамбул, Турция, 1997 г.

29. Гавриленко М.В., Ищук А.Г. Каталог-справочник "Горнодобывающее и нефтепромысловое оборудование, выпускаемое ОАО "Волгабурмаш". Издат. Каспиэн Комюникейшнз", Лондон, 1997 г.

30. Гавриленко М.В., Ищук А.Г. ОАО "Волгабурмаш"- накануне 50-летия" (на русском и английском языках), издание к Международной конференции "Нефтегаз-97" в Москве. Издат. "Стефен энд Георг", Лондон, 1997.

31. Гавриленко М.В., Ищук А.Г. ОАО "Татнефть"- ОАО "Волгабурмаш". Полвека творческого сотрудничества. Нефтяное хозяйство, №8, 2000. - С. 104-106.

32. Гавриленко М.В., Ищук А.Г., Богомолов P.M., Морозов Л.В., Мокроусов В.П. Буровое долото с клапанным узлом // Патент РФ № 2230877. Бюл. № 17,2004.

33. Гавриленко М.В., Ищук А.Г., Богомолов P.M., Филатов Н.В. Способ изготовления шарошки бурового долота // Патент РФ № 2219015. Бюл. №35, 2003.

34. Гавриленко М.В., Ищук А.Г., Богомолов P.M. Каталог-справочник "Нефтепромысловое оборудование ОАО "Волгабурмаш". Издат. "Дизайн Студио VS" W904 Финляндия, 1996 г.

35. Гавриленко М.В., Ищук А.Г., Богомолов P.M. Новые разработки ОАО "Волгабурмаш". Вестник АБП, №9, 2000 г.

36. Гавриленко М.В., Ищук А.Г., Богомолов P.M. Экспортный каталог-справочник "Нефтепромысловое оборудование ОАО "Волгабурмаш". Издат. "Дизайн Студио VS" W904, Финляндия, 1996 г.

37. Гавриленко М.В., Ищук А.Г., Богомолов P.M., Морозов Л.В., Мокроусов В.П. Буровое долото с усиленной армировкой спинок лап // Патент РФ № 2230876. Бюл. № 17, 2004.

38. Гавриленко М.В., Ищук А.Г., Морозов ЛВ. "Высокоэффективные буровые долота, ОАО "Волгабурмаш" для бурения скважин с продувкой забоявоздухом" (на русском и английском языках). Издат. "Англо-Каспиэн сервисез Лтд" Стамбул, 1999 г,

39. Гаврипенко М.В., Ищук А.Г., Морозов Л.В. Высокоэффективные буровые долота ОАО «Волгабурмаш» с фрезерованным вооружением для строительства скважин в нефтегазобобывающей промышленности. Издат. «Англо-Каспиен сервисез Лтд», Стамбул, 1999.

40. Гавриленко М.В., Неупокоев В.Г. ОАО "Самаранефтегаз"- ОАО "Волгабурмаш"- более полувека творческого сотрудничества. Журнал "Самара", № 7,2001.

41. Гавриленко М.В., Неупокоев ВГ. Буровые долота ОАО «Волгабурмаш», каталог-справочник. Издание ОАО «Волгабурмаш», г. Самара, 2003 г.

42. Галлагер Р. Метод конечных элементов. Основы: Пер. с англ. М.: Мир, 1984.

43. Геллер Ю.А. Инструментальные стали. Москва: Машиностроение, 1975. -584 с.

44. Деклу Ж. Метод конечных элементов. -М.: Мир, 1976.

45. Друян Б.А., Непершин Р.И. Теория технологической пластичности. М.: Машиностроение, 1990. - 272 с.

46. Ершов В.И., Глазков В.И., Каширин М.Ф. Совершенствование формоизменяющих операций листовой штамповки. М.: Машиностроение, 1990.312 с.

47. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. М.: Мир, 1975.52.3енкевич О., Морган К. Конечные элементы и аппроксимация: Пер. с англ. 1. М.: Мир, 1986.5З.Зенкевич О., Чанг И. МКЭ в теории сооружений и в механике сплошных сред. -М.: Недра, 1974.

48. Зуев В.М., Геллер Ю.А. Стали для штампов горячего деформирования // Металловедение и термическая обработка металлов. 1969. - № 1. - С. 4345.

49. Зуева JI.B., Куниловский В.В. Теплостойкие сплавы повышенной пластичности и вязкости для литых штампов горячего деформирования // Металловедение и термическая обработка металлов. 1983. - № 3. - С. 3740.

50. Игонин И., Хейман A. CADMECH для Solid Edge, или Как огранить алмаз. -САПР и графика, 2003, №4, с.93-95.

51. Каплун А.Б. ANSYS в руках инженера. Изд-во УРСС, 2003.

52. Куниловский В.В., Крутиков В.К. Литые штампы для горячего объёмного деформирования. Ленинград: Машиностроение, 1987. 125с.

53. Ланглебен М.Л К расчету опор шарошечных долот. Азерб. нефт. х-во, 1955, №1,-С. 19-22.

54. Мазурин А. Моделирование холодной и горячей объемной щтамповки в QForm. САПР и графика, 2000, №8, с.65-72.

55. Метод конечных элементов: Учебное пособие для вузов/под ред. Варнак П.М.-К., 1981.

56. Норри Д. Введение в метод конечных элементов. М.: Мир,1981.

57. Патент №4052871 от 13.08.76 «Механизм пробивки штоковым проколом» кл.72/74, авт. Persik и др.

58. Патент №4165629 от 31.01,78 «Многоместный штамп для штамповки шарниров» кл.72/325, авт. McCab.

59. Патент №4429560 от 19.11.81 «Устройство для изготовления фасонных плит», кл.72/328, авт. Schaeffer Charls.

60. Патент №4435973 от 21.11.81 «Метод производства металлических деталей кольцеобразной формы», кл.72/327, авт. Nakazawa.

61. Патент №4485661 от 16.09.72 «Штамп глубокой вытяжки продольной и боковых кромок», кл. 72/332, авт. Karl Непе.

62. Патент №4516420 от 10.06.83 «Метод и устройство для формирования корпуса из двух деталей», кл.72/329, авт. Bulso Jozeph.

63. Патент №4571975 от 29.03.84 «Устройство для скрепления металлических деталей», кл.72/325, авт. Pawloski.

64. Патент №4586360 от 8.06.83 «Метод и устройство для пробивки изделий», кл. 72/328, авт. Jurgensmeger.

65. Патент №4773250 от 1.04.87 «Штамповка модульного типа», кл.72/405, авт. Migazaki.

66. Патент №4956 от 30.03.89 «Метод деформирования буртов и штамп для изготовления деталей», кл. 72/327, авт. Nakajima.

67. Патент №5007275 от 13.08.90 «Секционный штамп для прошивки глубоких отверстий», кл. 72/335, авт. Voss.

68. Патент №5067339 от 5.05.89 «Штампы для сложных структур», кл. 72/329, авт. Pirchl.

69. Патент №5174145 от 23.08.91 «Метод и устройство для изготовления металлических барабанов», кл.72/335, авт. Tsuzuki.

70. Патент №5263353 от 29.06.92 «Пуансон и штамповочный аппарат для производства приспособлений с плоским штамповочным контактом», кл. 72/334, авт. Bakermans.

71. Патент №5584204 от 24.11.95 «Прессовый поступательный штамп», кл. 72/334, авт. Yoshino.

72. Патент №5816093 от 4.04.96 «Метод и инструмент для пробивки пуансоном сложных отверстий», кл. 72/327, авт. Takeushi.

73. Патент №5943897 от 29.04.98 «Метод и пуансон для производства сложных отверстий», кл.72/335, авт. Tsue.

74. Патент №6101859 от 18.02.99 «Штамповочное устройство для изготовления шаблонов», кл.72/327, авт. Shieh.

75. Патент №6216522 от 29.10.99 «Инструмент для изготовления вращающихся лопастей», кл.72/325, авт. Crawley.

76. Патент №6604399 от 24.10.00 «Формовочный штамп для формовки материала», кл.72/326, авт. Yosida.

77. Позняк Л.А., Скрынченко Ю.М., Тишаев С.И. Штамповые стали. Москва: Металлургия, 1980. - 244 с.

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

79. Примеров Е.Н., Тусаев В.В., Чернов В.А. Литые штампы напряжённой конструкции. // Литейное производство 1974. - № 7. - С. 9-12.

80. Пяльченков В.А. Повышение работоспособности шарошечных долот путем рационального распределения нагрузок по элементам вооружения. Автор еф. Дисс. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук. М.: МИНХ и ГП, 1983.

81. Романычева Э.Т., Сидорова Т.М., Сидоров С.Ю. Автокад 14. Русская и англоязычная версии. М.: Знак, 1997. 466 с.

82. Сабоннадьер Ж.-К., Кулон Ж.-Л. Метод конечных элементов и САПР. М.: Мир, 1989.

83. Сильвестер П., Феррари Р. Метод конечных элементов для радиоинженеров и инженеров-электриков. М.: Мир, 1986.

84. Смирнов С.В. Совмесное влияние структурного и напряженного состояния на пластичность углеродистой стали // Обработка металлов давленим: Межвуз. сб., 1985, №12, С.59-65.

85. Соснин П.И., Щеклеин К.В. Повышение эффективности автоматизированной разработки штамповой оснастки. Ульяновский ГТУ -С. 128-133.

86. Состояние и пути развития штамповочного производства // Технология и оборудование кузнечно-штамповочного производства: Экспресс-информация, 1978. № 33, реф. 171. - С. 1-8.

87. Справочник конструктора штампов: Листовая штамповка/Под общ. ред. Рудмана Л.И. М.: Машиностроение, 1988. - 496 с.

88. Теплоустойчивость и сопротивление смятию штамповых сталей для горячего деформирования / В.П. Северденко, Е.С. Севастьянов, А.П. Чернышов и др. // Металловедение и термическая обработка металлов. -1976.-№5.-С. 19-22.

89. Трахтенберг Б.Ф. Стойкость штампов и пути её повышения. Куйбышев: Куйбышевское книжное издательство, 1964. - 270 с.

90. Халилов А.А., Халилов У.А. Технология изготовления нефтепромыслового инструмента. М.: Машиностроение, 1982. - 143 с.

91. Хьюз Кристенсен. Каталог буровых долот. Бейкер Хьюз Инкорпорейтед, 2001.

92. Чиж О. Мастер-процессы Unigraphics NX как инструмент реального снижения себестоимости выпускаемой продукции. CAD/CAM/CAE Observer, 2002, №4, с. 16-20.

93. Шимкович Д.Г. Расчет контрукций в MSC/NASTRAN for Windows. -М.: ДМК Пресс, 2001.-448 с.

94. Altan Т., Oh S.-I., Gegel H.L. Metal forming: fundamentals and applications. -Metal Park: American Society For Metals, 1983. 353p.

95. Belytschko T. Plane stress shakedown analysis by finite elements // International Journal of Mechanical Science. 1972. - Vol. 14. - P. 619-625.

96. Corradi L., Zavelani A. A linear programming approach to shakedown analysis of structures // Computational Methods in Mechanical Engineering. 1974. - Vol. 3. - P.37-53.

97. Doege E., Dohmann J., Roskam R. Fertigungsunterbrechungen in der Blech-und Warmmassivumformung. VDI - Z, 1996, V. 138, N 1/2, 62-65.

98. Enhanced Performance Rock Bits From Reed. Reed Tool Company, 2002.

99. Forging handbook / T.G. Byrer (Ed.). Cleveland: Forging Industry Association;

100. Metals Park: American Society for Metals, 1985. 296 p.:

101. Hamilton R., Boyle J.Т., Mackenzie D. Shakedown load interaction diagrams byelastic finite element analysis // ASME International Congress and Exposition.

102. Atlanta. 1996. - Vol. 343. - P.205-211.

103. Heinemeyr D., Konig J. Praxisorientierte Typology fur Gesenkschaden. Grundlage fur die Erfassung und Verbesserung der Standmenge von Gesenken // Industrie-Anzeiger. 1976. - Bd. 98. N77. - S. 1369-1373.

104. Kim H., Yagi Т., Yamanaka M. FE simulation as a much tool in cold/warm forging process // Journal of Material Processing Technology. 2000 - Vol. 98. -P. 143-149.

105. Klebanov I.M., Boyle J.Т. Shakedown of creeping structures // International Journal of Solids and Structures. 1998. - Vol.35. - No. 2,3. - P. 3121-3133

106. Mackenzie D., Shi J., Boyle J.T. Finite element modelling for limit analysis by the elastic compensation // Computer and Structures. 1993. - Vol. 51. - P. 404-410.

107. Muscat M., Hamilton R., Boyle J.T. Shakedown analysis for complex loading using superposition // Journal of Strain Analysis for Engineering Design 2002 -Vol. 37.-No. 5.-P. 399-412.

108. Muscat M., Mackenzie D., Hamilton R. Evaluating shakedown under proportional loading by non-linear static analysis // Computers and Structures 2003. Vol. 81. - No. 17. - P. 1727-1737.

109. PC Week / Russian Edition, №2, 2003.

110. Polizzotto C., Borino G., Parrinello F., Fuschi P. Shakedown analysis by simulation // Solid Mechanics and Its Applications. 2000. - Vol. 83. - P. 335-364.

111. Ponter A.RS., Carter K.F. Limit state solutions based on linear elastic solutions with spatially varying elastic modulus // Computational Methods in Applied Mechanical Engineering. 1997. - Vol. 140. - P. 259- 279.

112. Ponter A.R.S., Carter K.F. Shakedown state simulation techniques based on liner elastic solutions // Computational Methods in Applied Mechanical Engineering. -1997.-Vol. 140.-P. 237-258.

113. Ponter A.R.S., Chen H. A minimum theorem for cyclic load in excess of shakedown, with application to the evaluation of ratchet limit // European Journal of Mechanics A/Solids. - 2001. - Vol. 20. - No.4. - P. 539-553.

114. Saiki H., Marumo Y., Minami A., Sonoi T. Effect of the surface structure on the resistance to plastic deformation of hot forging tool // Journal of Material Processing Technology. 2001 - Vol. 113. - P. 22-27.

115. Security. 2003-3004 General Catalog: Rock Bits, PDC Bits, Drilling Tools. 121.Seshadri R., Fernando C.P.D. Limit loads of mechanical components and structures using the GLOSS R-Node method // ASME PVP. San Diego. 1991. -Vol. 210-2.-P. 125-134.

116. Silveira J.L., Zouain N. On extremum principles and algorithms for shakedown analysis // European Journal of Mechanics- A/Solids. 1997. - Vol. 16. - No.5. - P. 757-778.

117. SMF International. Сводный каталог 2003-2004. 124.Smith Tool. General Catalog 2000-2001.

118. T-FLEX. Parametric CAD. Двухмерное проектирование и черчение. Руководство пользователя. АО «Топ Системы», 1999. 378 с.

119. T-FLEX. Parametric CAD. Трехмерное моделирование. Руководство пользователя. АО «Топ Системы», 1999. 308 с.

120. Varel International. Mining and Indastrial Divisions. Varel and Walker -McDonald, 2002.

121. V. Napal, G.D. Lahoti, T. Altan. A numerical method for simultaneous prediction of metal flow and temperatures in upset forging for rings. ASME Journal of Engineering in Industry, vol.100, 1978, 413-420.

122. G.W. Rowe, et al. Finite Element Plasticity and Metalforming Analysis. Cambridge: Cambridge University Press, 1991. 297 p.

123. Abel D. Santos, et al. The use of finite element simulation for optimization of metal forming and tool design. Journal of Material Processing Technology, vol. 119, 2001, p.152-157

124. G. Brethenoux, et al. Cold forming processes: some examples of predictions and design optimization using numerical simulation. Journal of Materials Processing Technology, vol. 60,1966, p.555-562.

125. N. Rebelo, S. Kobayashi. A coupled analysis of viscoplastic deformation and heat transfer. International Journal of Mechanical Science, vol. 22, 1980, p.699-706.

126. Y.T. Im. Investigation of heat transfer and simulation of metal flow in hot upsetting. ASME Journal of Engineering in Industry, vol.111, 1989, p. 337-344.

127. AJ.M. Shih, S. Chandrasekar, H.t.Y. Yng. Finite element simulation of metal cutting process with strain-rate and temperature effects. ASME Winter Annual Meeting, Symposium on Fundamental Issues in Machining, 1990, p. 11-24.

128. J.S. Strenkowski, K.J. Moon. Finite element prediction of chip geometry and tool/workpiece temperature distributions in orthogonal metal cutting. ASME Journal of Engineering in Industry, vol.112, 1990, p. 313-318.

129. R.-S. Lee, T.-C. Chen, M.-C. Pan. Evaluation of perform design of a stepped forging part by coupled thermoviscoplastic finite-element analysis and viscoplasticity. Journal of material Processing Technology, vol. 57, 1996, p. 278-287.

130. H. Saiki, et al. Analysis of thermal loading in warm and hot forging dies with nitrided surface layer. Proceedings of the 46th JJCTP, 1995, p. 249-264.

131. G. Bernhart, et al. High temperature low cycle fatigue behaviour of martensitic forging tool steel. International Journal of Fatigue, vol. 21, 1999, 179-186.

132. Tan Xie. Development of precision forged gear technology in China. International Conference on Forging and Related Technologies (ICFT'98), April 2829,1998, p. 323-331.

133. A. Karkmann, B. Ludenbach. Endkonturnahes Fertigen der Innenform vom Gleichlaufgelenkkorpern, Maschinenmarkt, Wurzburg 102, vol. 3, 1997, p. 24-27.

134. T.A. Dean, O. Eyercioglu. Design and manufacture of precision gear forgingdies. International Vconference and Exibition on Design and production of Dies and Moulds, June 19-21, Istambul, Turkey, 1997, p. 311-316.

135. E. Doege, R. Bohnsack. Jornal of Materials Processing Technology, vol. 98, 2000, p. 165-170.