Введение к работе
Актуальность темы. В основе экономического развтин гссу дарства лежит разработка и широкое внедрение принципиально новых технологий, обеспечивающих многократное повышение производитель ности труда. Повышение эффективности производства в машиностроении является одной из основных задач народного хозяйства.
Применение высокопроизводительной технологии холодной объемной штамповки (ХОШ) для изготовления крепежа обеспечивает наиболее эффективное использование металла при одновременном повышении надежности изделий. Однако особенности формоизменения при ХОШ предъявляют высокие требования к структуре и свойствам используемой проволоки.
Дальнейшее расширение производства крепежных изделий методами ХОШ требует рационального подхода к технологии подготовки по верхности металла и изготовления деталей, оптимизации технологических переходов и конструкции холодновысадочного инструмента.
Решение проблемы управления пластичностью и прочностью твердых тел и разработка на этой основе новых технологических процессов ХОШ в значительной степени связаны с пониманием природы деформирования. Анализ процесса формоизменения должен включать в себя сопоставление макрохарактеристик реального технологического процесса с эволюцией структуры и оценкой напряженно-деформированного состояния в зонах силового воздействия.
Цель работы. Цепью работы является разработка эффективных технологий изготовления высокопрочных крепежных изделий холодной объемной штамповкой.
При реализации этой цели были решены следующие задачи:
-
Обоснование выбора боросодержащих марок сталей вместо сложнолегированных.
-
Разработка рациональных технологий подготовки металла для ХОШ.
-
Разработка и внедрение оптимальных схем деформирования при изготовлении ирепежных деталей особо сложных конструкций.
-
Разработка и внедрение прогрессивных конструкций инструмеи та, обеспечивающих высокую эффективность процессов ХОШ.
Научная новизна. В работе получены следующие новые науч ные результаты:
1. Разработаны физико-химические основы дробеструйной очистки проволоки от окалины и подготовки поверхности металла под волочение с использованием смазочно-охлаждающих жидкостей.
-
В результате теоретического анализа получена динамика распределения водорода на технологических переходах изготовления проволоки и згчотовок из нее, согласующаяся сданными оптической и элек-гронно-отической микроскопии (на примере стали 20Г2Р).
-
Решена задача по определению напряженно-дефор-мированного состояния в головке болта в процессе ее формирования. Получены выражения для закона течения материала, а также полей конечных деформаций и напряжений. Определены усилия на пуансонах в зависимости от времени.
-
Методами оптической и электронной микроскопии получены количественные характеристики структурной-текстуры на всех этапах формирования крепежных изделий, что позволило определить места концентрации деформаций и возможные очаги разрушения.
-
Получены согласующиеся результаты экспериментальных и теоретических оценок изменения температуры на границе контакта инструмента с заготовкой в процессе ХОШ.
-
Спроектированы оптимальные конструкции многослойных матриц и других элементов инструментальной оснастки для высокоэффективных процессов ХОШ.
Практическая ценность и реализация результатов работы. На основе выполненных исследований разработаны и внедрены эффективные технологии изготовления высокопрочного крепежа методами ХОШ. При этом были выполнены следующие работы:
1 Разработана и внедрена технология дробеструйного удаления
окалины и применения смазочно-охлаждающих жидкостей при волоче
нии.
-
Разработаны и внедрены оптимальные схемы деформации и прогрессивные конструкции крепежа сложной формы.
-
Выполнено методическое и экспериментальное обеспечение определения температурных полей в многослойных составных холодновы-садочных матрицах.
-
Разработаны и внедрены конструкции инструмента для высокоэффективных процессов ХОШ.
Суммарный,экономический эффект от внедрения результатов работы составил свыше 2 млрд. руб. в ценах 1996 г.
Основные положения, выносимые.на защиту: 1.Результаты теоретического и экспериментального анализа различных способов подготовки поверхности заготовок под калибровку с обоснованием выбора дробеструйного метода удаления окалины.
2 Данные исследования напряженно-деформированного состояния
при (формировании головки осесимметричного крепежного изделия, под-
твержденные результатам» анализа эволюции микроструктуры методами оптической и электронной микроскопии.
З.Разработанные конструкции составных высадочных матриц и совокупность результатов исследований температурных полей при их эксплуатации.
4.Разработка и внедрение новых технологий изготовления крепежных изделий холодной объемной штамповкой
Апробация работы. Основные результаты, представленные в диссертации, докладывались и обсуждались на научно-технических советах Минавтопрома и АО "Аотонормаль" (1985 - 1996 гг.) и следующих конференциях: VI Международном семинаре "Структура дислокаций и механические свойства металлов и сплавов", 1996 г., Екатеринбург; 4-ой Международной конференции "Компьютерное конструирование перспективных материалов и технологий", 1995, Томск; Международной конференции "Ресурсосберегающие технологии в машиностроении", 1995 г., Украина, Одесса; Межгосударственной научно-технической конференции "Проблемы развития металлургии Урала на рубеже 21-го века", 1996 г., Магнитогорск; Международной конференции "Математические модели и численные методы механики сплошной среды", 1996 г., Новосибирск; 2-ом Сибирском конгрессе прикладной и индустриальной математики (Инпром - 96), 1996 г., Новосибирск; Международной конференции "Микромеханизмы пластичности разрушения и сопутствующих явлений", 1996 г., Тамбов; IV Международной конференции "Влияние электромагнитных полей на прочность и пластичность материалов", 1996 г., Воронеж; III Международной школе - семинаре "Эволюция дефектных структур в конденсированных средах", 1996 г., Барнаул; научно-технической конференции "Теория и технология процессов пластической деформации -96", 1996 г., Москва; Международной научно-технической конференции "Структурная перестройка в металлургии: экономика, экология, управление, технология", 1996 г., Новокузнецк; VI Международной конференции "Актуальные проблемы материаловедения в металлургии", 1997 г., Новокузнецк.
Публикации. Основное содержание диссертации изложено в двух монографиях и 29 других публикациях, в том числе 11 статьях в журналах.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, приложения и списка цитируемой литературы. Диссертация изложена на 231 страниц, содержит 58 рисунков, 13 таблиц. Список использованной литературы состоит из 113 наименований.