Введение к работе
Актуальность. К категории полузакрытых относятся профили, при производстве которых отсутствует двусторонний доступ инструмента к заготовке хотя бы в одной паре горизонтальных роликов. Изготовление полузакрытых гнутых профилей в роликах профилировочных станков обладает преимуществами перед процессами прессования, гибки в штампах, кромкогибочных машинах, среди которых высокая производительность, безотходность, возможность получения длинномерных деталей высокой точности с покрытием и т.д.
В условиях меняющейся конъюнктуры рынка и постоянного совершенствования конструкций профилей традиционное профилирование (ТП) не является эффективным в связи с его ориентацией на серийный характер производства (из-за громоздкого оборудования, большого количества оснастки, больших временных потерь на переналадку). Применение крупногабаритного оборудования, снижающее мобильность производства и требующее значительного первоначального капитала, сдерживает инвестиции небольших компаний в эту сферу.
Наиболее перспективным для изготовления гнутых профилей является профилирование методом интенсивного деформирования (МИД), отличающимся применением закрытых калибров и приданием подгибаемой полке знакопеременной продольной деформации, а также рядом других параметров по отношению к ТП и стесненному изгибу (СИ). Технология МИД широко востребована отечественным промышленным рынком. Разработчики технологии МИД в г. Ульяновске ежегодно поставляют на рынок до 40 автоматических линий и до 200 технологий производства профилей типовой номенклатуры (и до 30 технологий производства полузакрытых профилей). Однако применение данного метода для производства полузакрытых профилей ограничивается из-за отсутствия классификаторов полузакрытых профилей и их дефектов, надежных математических моделей процесса формообразования, рекомендаций по проектированию схем формообразования и технологической оснастки, недостаточной эффективности технических решений по предотвращению дефектов и повышению качества профилей, отсутствия классификации профилировочного оборудования и рекомендаций по его применению и др. Проявление этих недостатков вызывает значительные материальные и финансовые затраты на стадии создания технологии.
Работа посвящена выработке технических решений, направленных на устранение вышеуказанных недостатков, чем обосновывается актуальность выбранной темы.
Целью работы является повышение эффективности разработки и реализации процессов формообразования гнутых полузакрытых профилей в роликах методом интенсивного деформирования.
Работа выполнена в Ульяновском государственном техническом университете на кафедре «Материаловедение и ОМД» в соответствии с тематическим планом кафедры и по договору Д10-195/20-УП от 20.10.2006 г. на создание научно-технической продукции «Интенсификация формообразования заготовок» с ООО НИЦ «МИТОМ» (г. Ульяновск), а также по планам предприятий, специализирующихся в профилировании, по месту работы соискателя.
Методы исследования: 1) методы теории ОМД; 2) металлографические методы и измерение микротвердости; 3) методы измерений линейных и угловых характеристик; 4) конечно-элементный анализ (средствами ANSYS); 5) метод полно-факторного эксперимента и статистического анализа.
Научную новизну имеют следующие результаты:
– классификаторы полузакрытых профилей, их дефектов и профилировочного оборудования;
– математические модели угловой зоны, формовки рифтов в донной части, протяженности зоны плавного перехода, устойчивости формообразования профиля и экспериментально полученные результаты по их верификации;
– технические решения по совершенствованию основного и вспомогательного оборудования, защищенные тремя патентами на полезную модель и одной заявкой на изобретение.
Достоверность результатов обеспечена применением альтернативных методов исследования: теоретических, экспериментальных, метода конечных элементов. Экспериментальные исследования подтвердили достоверность применяемых теоретических моделей с точностью от 2 до 26 %, что представляется удовлетворительным для практических целей.
Практическая ценность работы состоит в разработке на основе проведенных исследований и практическом апробировании процедуры проектирования роликовой оснастки для изготовления МИД гнутых полузакрытых профилей более 30 типоразмеров, что позволило сократить затраты на освоение технологии и повысить качество производимых профилей. Практическая значимость работы подтверждается промышленным внедрением технологии и оборудования на ряде предприятий РФ (в четырех отраслях) с подтвержденным суммарным годовым экономическим эффектом более 1450 тыс. рублей.
Лично соискателем разработаны методика и алгоритм проектирования технологического оснащения для изготовления полузакрытых профилей, выработаны рекомендации по расположению многоэлементных профилей в валках, предложены варианты оптимизации схем формообразования и технические решения, направленные на повышение качества полузакрытых профилей (обеспечение размерной точности сечения и предотвращение дефектов) на основе проведенных лично соискателем экспериментальных исследованиях. Соискателем лично разработано технологическое оснащение, проведен авторский надзор за его изготовлением, проведена отладка технологии, изготовлены образцы и партии кондиционных профилей по интенсивным схемам формообразования. Соискателем лично внедрены технологическое оборудование и технологии интенсивного формообразования полузакрытых профилей «под ключ» на предприятиях (г. Липецк, Москва, Нижний Новгород и др.). Творческий вклад соискателя в разработку классификаторов, моделей, оборудования и доля его участия (от 40 до 60 %) в опубликованных работах с соавторами приведены в заключении УлГТУ (организации, где выполнена работа).
Апробация работы. Результаты работы докладывались на ряде вузовских, региональных и всероссийских конференций (гг. Ростов-на-Дону, Пенза, Тула, Ульяновск), а также на заседаниях кафедры «Материаловедение и ОМД» УлГТУ. Научные работы соискателя были удостоены дипломов (2005 г. и 2006 г.) и грамоты (2006 г) Министерства образования и науки по результатам конкурсов на лучшую научную работу.
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 28 печатных работах, в том числе 3 патентах на полезную модель, 1 заявке на изобретение, а также 10 статьях в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК.
Структура и объем работы. Основной текст работы изложен на 186 стр. машинописного текста и включает 158 рисунков, 44 таблицы и 166 источников литературы. В приложении приведены акты внедрения.
