Введение к работе
Настоящая работа посвящена решению важной народнохозяйственной задачи получения профилированных по длине трубчатых, полосовых и фасонных заготовок для балки заднего и переднего мостов и деталей пневмоподвески большегрузных автомобилей на основе разработки и исследования новых способов деформирования, создания и в- здре-ния экономически эффективных технологических процессов и оборудования для их реализации.
Актуальность темы диссертации. Одним из основных направлений экономического развития Республики Беларусь является необходимость обеспечения снижения материалоемкости и энергоемкости, улуч' шенпя качества выпускаемой продукции, повышения ее конкурентоспособности на внешнем рынке, повышения уровня специализации и кооперирования производства, широкого использования малоотходных, безотходных и энергосберегающих технологий. Дня решения этих задач требуется внедрение новых конструкций, модернизация существующих технологий и оборудования
Большое место эти вопросы занимают в автомобильной промышленности, где особое внимание уделяют не только созданию новых видов автомобильного транспорта, но и разработке прогрессивных технологий изготовления основных узлов и деталей автомобиля, в частности подвесок, ведущих и управляемых мостов. Так, например, существующие технологии изготовления балок и картеров мостов приводят к тому, что материалоемкость передних и задних мостов двухосных грузовых автомобилей с одним ведущим мостом составляет 12,5-18% собственной массы ненагруженного автомобиля, а у трехосных автомобилей со всеми ведущими колесами эта величина достигает 19-25%.
Широкое практическое внедрение в машиностроении малоотходных технологий может быть осуществлено за счет уменьшения потреб--ления традиционных сортаментов проката черных и цветных металлов путем использования более экономичных фасонных профилей, производимых непосредственно на машиностроительных предприятиях. Большие возможности в этом отношении имеет периодическая прокатка, которая позволяет максимально приблизить размеры и форму заготовки к геометрическим параметрам самого изделия. При тгом значительно повышается коэффициент использования материала,, снижается себестоимость выпускаемой продукции, увеличивается производительность, сокращается количество кузнечно-штамповочного оборудования и технологической оснастки. Наиболее ощутимыми оказались достижения периодической прокатки в производстве элементов подвески, а точнее, при изготовлении направляющих опор пневмоподвески, широко применяемых в последнее время в различных транспортных средствах. В то же время, несмотря на очевидные преимущества пневмоподвески, отечест-
~>
венная промышленность по ряду причин еще не смогла освоить широкое промышленное ее производство. Основным препятствием для массового внедрения пневмоподвески долгое время являлось отсутствие эффективных технологий изготовления направляющих элементов. По многом это сдерживается сложностью самого процесса периодической прокатки, отличающегося нестационарными условиями формообразования, а именно: переменное обжатие полосы по длине, различные температурные условия в начале и в конце процесса деформирования, наличие изменяющейся величины опережения и другие факторы. В связи с этим существенно усложняется расчет геометрии деформирующего инструмента и конструкции технологического оборудования.
На основе проведенного анализа имеющихся технологических
схем получения заготовок сложной конфигурации для производства пе-
' реднего И заднего мостов И упругих элементов подвески можно сделать
вывод, что все они обладают целым рядом общих недостатков, главные
из которых следующие:
трудность обеспечения заданной точности размеров и формы получаемым изделиям;
сложность технологического оборудования;
- относительно невысокая производительность процесса.
Таким образом, существующие технические решения не в полной
мере отвечают требованиям производства, хотя экономическая целесообразность применения пневмоподвески в транспортных средствах бесспорна. В связи с этим напрашивается вывод о необходимости проведения дальнейших исследований в направлении разработки новых технологических схем, позволяющих получать заготовки крупногабаритных и металлоемких автомобильных детален с переменным по длине профилем, регламентированными геометрическими параметрами и прогнозируемыми эксплуатационными свойствами.
Связь работы с крупными научными программами и темами.
Часть исследований, приведенных в диссертации, выполнялась в соответствии с республиканскими и внутривузовскими госбюджетными темами: 131.95 Р/76П «Разработать способ и технологию формоизменения упругих элементов подвески транспортных средств, обеспечивающих регулирование их усталостной прочности в широких пределах», ГП 322/2.05 «Разработка и научное обоснование технологии формообразования полосовых заготовок переменной толщины», ГБ 99-11 «Разработка нового способа получения направляющих элементов пневмоподвески с высокой размерной точностью», ГБ 99-43 «Разработка теоретических основ деформирования периодического профиля заготовок передней балки автомобилей МАЗ».
Цель и задачи исследования. Целью работы является разработка и внедрение научно обоснованных эффективных способов, технологий и
з.
оборудования для получения заготовок сложной конфигурации переднего и заднего мостов и упругих элементов подвески.
В соответствии с целью работы необходимо было решить следующие задачи:
-
Разработать,- научно обосновать и экспериментально исследовать способы раздачи трубчатой заготовки, позволяющие получать балку картера ведущего моста большегрузных автомобилей.
-
Разработать технологический процесс изготовления балки картера ведущего моста предложенным способом и провести его промышленное апробирование.
-
Разработать, научно обосновать и экспериментально исследовать способы периодической прокатки полосовых заготовок со значительными перепадами толщин.
-
Разработать те биологический процесс и оборудование для изготовления направляющих элементов пневмоподвески предложенным способом и провести его промышленное апробирование.
-
Разработать, научно обосновать и экспериментально исследовать способы периодической прокатки фасонных заготовок.
-
Разработать технологический процесс и оборудование для изготовления заготовки под штамповку передней балки автомобилей МАЗ предложенным способом и провести его промышленное апробирование.
Объект и предмет исследования. В качестве объекта исследований использовались рессорная и конструкционные стали, а также технически чистый свинец для моделирования процесса горячей прокатки и раздачи стальных заготовок.
Предметом являются способы и технологии получения деталей сложной конфигурации для автомобильной промышленности методом горячей пластической деформации.
Методология и методы проведенного исследования. Методология исследования заключается в том, что процесс формоизменения трубчатых заготовок рассматривали во взаимосвязи теоретического и экспериментального анализа схем раздачи с искусственным повышением пластичности отдельных участков заготовки путем изменения схемы напряженного состояния и обеспечением стабильности кинематики процесса за счет применения местного'нагрева заготовки. При исследовании периодической прокатки анализировалось влияние различных схем прокатки на технологические возможности процесса получения полосовых и фасонных заготовок.
Экспериментальные исследования проводили на универсальной испытательной машине VMM-100, лабораторном двухвалковом прокатном стане и на экспериментальной установке с гидравлическим приводом подвижной оправки и одним холостым валком.
Эффективность новых способов оценивали в сравнении с существующими схемами прокатки и раздачи.
Кинематические и энергосиловые параметры процесса прокатки и раздачи определяли по общепринятой методике с использованием современной аппаратуры и приборов (тензометрический усилитель "То-паз-3", самопишущий прибор Н338-6 и др.).
Научная новизна и значимость полученных результатов.
Предложены и научно оборнованы способы изготовления балки лсартера ведущего моста, заключающиеся в местном нагреве и раздаче толстостенной трубы с искусственным повышением пластичности путем изменения схемы напряженного состояния отдельных участков заготовки, наиболее склонных к разрушению, Исследовано влияние схемы на-гружения на предельные возможности раздачи трубчатых заготовок. Разработаны технология И штампы для изготовления балки картера ведущего моста.
Предложены и научно обоснованы способы продольной периодической прокатки заготовок со значительным перепадом толщин для направляющих элементов пневмоподвески. Исследовано влияние различных схем прокатки на энергосиловые параметры процесса. Разработана технология и оборудование для изготовления заготовок направляющих элементов пневмоподвески.
Предложены и научно обоснованы схемы предварительной вальцовки заготовок под штамповку балки передней оси. Разработана методика определения действующего катающего радиуса при прокатке в ромбическом и двутавровом калибрах. Исследовано влияние геометрии прокатных ручьев на коэффициент заполнения ромбического калибра. Разработаны технология и оборудование для предварительной вальцовки заготовок под штамповку передней балки-
Практическая значимость полученных результатов. Предложены методики расчета технологических параметров процессов раздачи трубчатых и периодической прокатки полосовых и фасонных заготовок. Результаты работы реализованы при разработке технологических процессов и проектировании оборудования для изготовления заготовок заднего и переднего мостов и направляющих элементов пневмоподвески большегрузных автомобилей.
Проведена промышленная апробация технологии изготовления балки картера ведущего моста на Минском автомобильном заводе. Предложенная технология, по сравнению с существующей, позволяет повысить коэффициент использования металла на 25%, производительность - в 1,5 раза, снизить трудозатраты в 2 раза.
Разработанные и внедренные на Минском рессорном заводе технология и оборудование парной прокатки заготовок направляющих элементов пневмоподвески для автомобилей и полуприцепов позволили полностью удовлетворить производственные потребности МАЗа и отка-
заться от импортных поставок. Проведена промышленная апробация на Минском рессорном заводе и Барановичском заводе автоматических линий безотходной технологии штучной прокатки направляющих элементов пневмоподвески с местным нагревом заготовки, позволяющая снизить энергозатраты до 40%, металлоемкость - на 10%, повысить производительность в 3...4 раза.
Разработана технология и конструкция прокатного стана для предварительной вальцовки заготовок ромбического профиля под штамповку передней балки. Внедрение в производство технологии предварительной вальцовки и прокатного стана позволило добиться снижения металлоемкости на 20 %, сократить число ударов молота с 20 до 16-17, отказаться от механической обработки заготовки под штамповку и повысить стойкость штампов на 30%: Проведены исследования по получению заготовок двутаврового профиля, применение которых для штамповки передней балки позволят не только получить дополнительную экономию металла, значительно повысить стойкость штампов, но и использовать для штамповки не 16-тонный, а значительно более дешевый и распространенный 10-тонный молот.
Экономический эффект от внедрения разработанных технологий составляет сумму, эквивалентную 1 млн. $ в год.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту.
-
Новые способы получения .профилированных по длине трубчатых, полосовых и фасонных заготовок и их научное обоснование.
-
Результаты теоретических и экспериментальных исследований предложенных способов.
-
Методика определения оптимальных технологических режимов процессов раздачи трубчатых и прокатки полосовых и фасонных заготовок с переменным по длине профилем.
-
Новые технические решения при проектировании оборудования для реализации предложенных способов.
Личный вклад соискателя. Основные научные и практические результаты диссертационной работы, а также положения, выносимые на защиту, разработаны и получены лично автором или при его непосредственном участии.
Апробация результатов диссертации. Основные положения доложены и обсуждены на научно-технических конференциях:
на 47-й научно-техн. конф., посвященной 70-летию Белорусского политехнического института,— Минск, 1992;
на международной 51-й научно-техн. конф. профессоров, преподавателей, научных работников, аспирантов и студентов БГПА. посвященной 75-летию ЕГПА, - Минск. 1995;
па 4-й республиканской научно-техн. конф. «Материалы, технологии - 2000», - Гомель, 2000;
- на международной 54-й научно-техн. конф. профессоров, преподавателей, научных работников, аспирантов и студентов БГГІА, посвященной 80-летию БГПА, - Минск, 2000.
На кафедре БГПА "Машины и технология обработки металлов давлением" им. академика С.И.Губкина.
Опубликованность результатов. Основные материалы диссертации опубликованы в 13 научных трудах, в том числе: 3 статьи в научно-технических журналах, 2 статьи в производственно-техническом журнале, 5 тезисов докладов на научно-технических конференциях, 3 изобретения. Общий объем опубликованных материалов - 20 страниц.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из оглавления, введения, общей характеристики работы, четырех глав, заключения, списка использованных источников и приложения. Полный объем диссертации включает 87-страниц машинописного текста, 80 рисунков, 5 таблиц, список библиографических источников из 150 наименований, приложение ца 8 страницах.