Введение к работе
Актуальность темы: Одним из перспективных направлений снижения металлоемкости изделий является производство полых деталей. Основанием для замены сплошного сечения полым является характер эксплута-ционных нагрузок на деталь. Например, в деталях двигателей (оси, валы,^ шаровые пальцы и т.п.), воспринимающих при эксплуатации нагрузки типа изгиба, кручения или их комбинации, эффективное использование прочности и несущей способности можно обеспечить удалением металла из менее нагруженных центральных участков поперечного сечения. Целесообразность более широкого применения полых ступенчатых деталей очевидна, если учесть их важное свойство - меньшую чувствительность к концентраторам напряжений при циклических нагрузках. К таким деталям относятся валы различной конфигурации, пальцы, оси, шпильки и т.д. с одно- и двусторонним изменением величины диаметра. Практически на всех крупных отечественных и зарубежных автомобилестроительных заводах сейчас уже существуют и выпускаются модели двигателей, коробок переключения передач (КПП), а также других конструктивных узлов автомобилей, содержащих ступенчатые полые детали типа валов и осей. Из российских предприятий это ЗИЛ, ВАЗ, ГАЗ, КАМАЗ и АЗЛК, а из зарубежных это AUDI, FORD, BMV и другие.
В то же время для изготовления подобных полых деталей на большинстве машиностроительных заводов России в последние годы в основном применяются технологические процессы, использующие механическую обработку. Большая часть этих процессов является морально устаревшей, так как они характеризуются значительными трудовыми материальными и энергетическими затратами и низкой эффективностью производства В сложившейся сложной экономической ситуации переходного периода в качестве альтернативной технологии получения полых заготовок методами обработки металлов давлением может рассматриваться плоская поперечно-
клиновая вальцовка (1111KB), имеющая ряд преимуществ по сравнению с известными схемами редуцирования и, в частности, наиболее универсальной схемой - валковой поперечно-клиновой прокаткой. К достоинствам 1111KB относятся: относительная простота, а следовательно, и низкая трудоемкость и стоимость изготовления плоского клинового инструмента на обычных серийных металлообрабатывающих станках; возможность использования сборного инструмента с различной твердостью поверхности и частичной заменой изнашиваемых элементов калибров; достаточно широкий диапазон регулирования зазора между деформирующими поверхностями клинового инструмента; быстрая переналадка при переходе с одного калибра на другой; высокая точность получаемых заготовок и ряд других преимуществ.
Однако, несмотря на большой отечественный и зарубежный опыт в области проектирования оборудования, технологии и инструмента для валкового и плоского поперечно-клинового редуцирования сплошных заготовок, сведений по вопросам получения полых заготовок недостаточно для научно обоснованного решения практических вопросов организации производства перспективных заготовок. Поэтому исследования в этом направлении являются актуальной научно-технической задачей. Исходя из этого, в МГИСиС (ТУ) на протяжении ряда лет разрабатывалась комплексная технология производства полых заготовок деталей машин, включающая в себя процессы поперечно-винтовой прокатки для производства полых заготовок из прутка и процессы последующего редуцирования полых штучных поковок, в частности, методом плоской поперечно-клиновой вальцовки. Решению части этих вопросов посвящена настоящая диссертация.
Целью настоящей работы является исследование и разработка технологии и инструмента для процесса плоской поперечно-клиновой вальцовки заготовок полых деталей.
При этом решались следующие задачи:
-
Экспериментально исследовать и проанализировать особенности формоизменения при ППКВ полых заготовок по сравнению со сплошными заготовками;
-
Провести теоретический сравнительный анализ формирования очага деформации полых и сплошных заготовок методом МКЭ для решения упруго-пластической плоской задачи;
-
Провести анализ формоизменения при вальцовке полых заготовок с помощью многомерной аппроксимации и построения регрессионных моделей, описывающих экспериментальные результаты и данные других исследователей.
-
Разработать алгоритм и методику расчета технологического процесса и дать рекомендации по методике проектирования инструмента для вальцовки полых заготовок;
5. Разработать типовую технологическую схему процесса ППКВ,
спроектировать и изготовить опытно-промышленный инструмент и обору
дование для вальцовки полых заготовок, провести технико-экономическую
оценку эффективности предлагаемой технологии.
Научная повкзпа работы заключается в следующем:
выполнен сравнительный анализ и получены новые расчетные данные о характере упругопластического напряженно-деформированного состояния и наличии зон пластической деформации в поперечном сечении сплошных и полых заготовок при ППКВ;
разработаны многомерные регрессионные модели, адекватно описывающие зависимость изменения относительной толщины стенки от основных технологических параметров ППКВ;
показана возможность расчета конструктивных параметров клинового калибра и технологических режимов ППКВ, обеспечивающих получение деформированной заготовки с заданной толщиной стенки;
разработаны алгоритм расчета и схема проектирования технологического процесса ППКВ заготовок полых деталей;
Практическая значимость работы определяется тем, что:
разработаны рекомендации по проектированию инструмента для вальцовки полых заготовок с возможностью получения заданной толщины стенки готового изделия;
спроектированы и изготовлены несколько комплектов экспериментального и опытно-промышленного клинового инструмента, а также оснастка для 1111KB, обеспечивающие устойчивое деформирование полых заготовок
на ЗАО "Метровагонмаш" разработана и создана опытно- экспериментальная установка для исследования и совершенствоваїшя инструмента и технологии 1111KB полых заготовок
разработана и прошла опытно-промышленное опробование технология ППКВ заготовки полого корпуса гидроцилиндра коробки отбора мощности гидроподъемника, которая предложена для внедрения в промышленное производство.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на научно-технической конференции "Теория и технология процессов пластической деформации -96", -М. МГИСиС (ТУ) 1996 г.; на конференции второй международной специализированной выставки "Металл-Экспо '96" Новые материалы, технологии, оборудование., -М, ГАО ВВЦ, 1996 г. ; на научной конференции "100 лет Российскому автомобилю - Промышленность и Высшая школа", М., МАМИ, 1996 г.; на 50, 52 и 53-ой научных конференциях студентов и молодых ученых МГИСиС (ТУ) в 1996, 1998 и 1999 г.г., на третьем конгрессе прокатчиков. Липецк, 19-22 октября 1999 г.
Публикации. По материалам диссертации опубликованы 1 тезисы к докладу и 2 научных статьи.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов, изложена на /&9 страницах, содержит р страниц машинописного текста,^.рисунков, /у таблиц, библиографический список из $0 наименований и & приложений.