Интенсификация обжима трубной заготовки выбором геометрии поверхности её контакта с матрицей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.09, кандидат технических наук Кривошеин, Виталий Александрович

• Кривошеин, Виталий Александрович
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Кривошеин, Виталий Александрович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ РАЗРАБОТОК В ОБЛАСТИ ОБЖИМА ЗАГОТОВОК. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Теоретические и экспериментальные исследования операции обжима трубной заготовки.

1.2. Способы обжима трубной заготовки.

1.3. Методы интенсификации обжима.

1.4. Толстолистовая штамповка.

1.5. Выводы и итоги по первой главе.

1.6. Задачи диссертационной работы.

ГЛАВА 2. МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1. Способ обжима в матрице с кольцевыми канавками.

2.2. Методика проведения математического эксперимента.

2.2.1. Выбор исследуемых параметров.

2.2.2. Выбор программы моделирования.

2.2.3. Планирование математического эксперимента.

2.2.4. Анализ построенной модели.

2.4. Обоснование выбора программы моделирования.

2.5. Использование регрессионного анализа.

2.6. Оборудование, оснастка, основные и вспомогательные материалы для проведения эксперимента.

3.4. Выводы и итоги по второй главе.

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ОПЕРАЦИИ ОБЖИМА В

МАТРИЦЕ С КОЛЬЦЕВЫМИ КАНАВКАМИ.

3.1. Экспериментальное исследование влияния угла наклона матрицы и толщины заготовки на свободный изгиб концевой части заготовки

3.2. Теоретическое исследование обжима в матрице с кольцевыми канавками.

3.3. Компьютерный эксперимент по исследованию влияния формы матрицы на предельный коэффициент обжима.

3.4. Физический эксперимент по исследованию влияния формы матрицы на предельный коэффициент обжим.

3.5. Сопоставление теоретических и экспериментальных результатов.

3.6; Выводы по третьей главе.

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЕТА МАТРИЦЫ С КОЛЬЦЕВЫМИ КАНАВКАМИ И ПРАКТИЧЕСКИХ РЕКОМЕНДАЦИЙ

ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ШТАМПА.

4.1. Проектирование поверхности матрицы с кольцевыми канавками.

4.21 Методика расчета коэффициента обжима и силы. обжима в матрице с кольцевыми канавками.

4.3. Конструкция опытно-промышленного штампа.

4.4. Выводы и итоги по четвертой главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Интенсификация обжима трубной заготовки выбором геометрии поверхности её контакта с матрицей»

Актуальность работы:

Развитие промышленности ставит перед машиностроением необходимость повышения качества изделий и эффективности производства. Широкое применение в различных отраслях машиностроения, в том числе и< аэрокосмической*, нашли- конические осесимметричные детали. Используются конические детали, в частности в трубопроводах для> соединения труб различных диаметров. К коническим деталям предъявляются высокие требования по эксплуатационным свойствам, точности геометрической формы, а также себестоимости изготовления,

Указанные требования обеспечиваются использованием методов обработки металлов давлением. Постоянной задачей, стоящей перед теорией и практикой обработки металлов давлением, является увеличение степени1 деформации; достигаемой за один переход при минимальных затратах. Возможности формоизменения при обжиме цилиндрических заготовок ограничиваются потерей* их устойчивости- с образованием продольных или поперечных, складок. Исследованные1 ранее методы силовой и термической1 интенсификации позволяют значительно повысить степень деформации; но использование этих методов имеет ряд недостатков, среди которых: необходимость применения точного локального нагрева и дополнительных нагревательных устройств; потребность в использовании сложных конструкций штамповогс инструмента с применением подпружиненных подпоров, либо подпоров с отдельным приводом.

Существует рад заготовок, интенсификация процесса обжима которых разработанными ранее методами затруднена или не рациональна. К таким заготовкам можно отнести заготовки с дном, заготовки получаемые методом холодной объёмной штамповки и др. В то же время, к ним применим способ интенсификации по рельефу поверхности инструмента.

Способ интенсификации процесса по рельефу поверхности матрицы позволяет снизить влияние сил контактного трения, и тем самым повысить степень формоизменения за операцию, путём профилирования поверхности матрицы. Спрофилированная матрица имеет кольцевые канавки, расположенные с определенным шагом.

При использовании матрицы с кольцевыми канавками кромка обжимаемой трубной' заготовки, продвигаясь напротив канавки, совершает движения* вовнутрь канавки, а затем наружу,, находясь вне контакта с поверхностью матрицы. Таким образом, по пути- пластического деформирования, заготовка только концевой частью деформируется- в значительном- контакте со ступенчатой' поверхностью матрицы. Остальная поверхность заготовки контактирует только1 с- усеченными вершинами кольцевых выступов^ на поверхности малицы. Такая форма рабочей поверхности матрицы наилучшим образом? учитывает естественную (под действием внутренних напряжений) деформацию- кромки заготовки; и уменьшает поверхность контакта этой кромки и. всей заготовки с матрицей*. В результате эффективно снижается- сила контактного трения между заготовкой» и матрицей, в наиболее напряженном из-за особенностей деформации кромки заготовки месте. Применение такого способа'не требует использования нагревательного оборудования и сложных конструкций штамповой оснастки и не ограничивается в возможности совместного использования с другими способами интенсификации.

Эффективность применения данного способа ограничивается интенсивностью влияния сил контактного трения, которое в- свою очередь зависит от угла наклона рабочей поверхности матрицы и значения коэффициента трения.

В связи с этим, проведение исследования процесса обжима в матрице с кольцевыми канавками, повышающего производительность процесса, является актуальной задачей.

Цель работы:

Разработка методики проектирования обжима в матрице с кольцевыми канавками на её рабочей поверхности, позволяющего получить заданную деталь за меньшее количество технологических переходов и с меньшей силой деформирования, методики расчета параметров технологического процесса и конструкции штампа.

Научную новизну имеют следующие результаты:

• выявленный диапазон углов конусности матрицы, при которых эффективно профилирование её рабочей поверхности;

• построенные математические модели расчета геометрии матрицы с кольцевыми канавками.

Практическую значимость имеют следующие результаты:

• разработанная научно обоснованная методика проектирования технологического процесса обжима в матрице с кольцевыми канавками;

• конструкция опытно-промышленного штампа.

Заключение диссертации по теме «Технологии и машины обработки давлением», Кривошеин, Виталий Александрович

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

Г. В результате проведенного анализа-различных-способов.повышение коэффициента обжима» установлено; что; предложенные ранее способы-ограничены в применении для определенных техпроцессов и* деталей, либо требуют дополнительного оборудования для их реализации. В связи с этим предложен способ повышения, коэффициента обжима исключающий данные недостатки.

2. Эффективность профилированной матрицы наблюдается до угла наклона, рабочей поверхности матрицы а = 14-16 ° и при наличии коэффициента трения ц > 0,3, с уменьшением угла наклона эффективность матрицы увеличивается, что объясняется значительным влиянием сил трения при обжиме на малых углах, и тем самым высокой эффективности их снижения за счет формы матрицы.

3. Экспериментально установлены размеры кольцевых канавок и шаг между ними для различных углов наклона рабочей поверхности матрицы и толщины стенки трубчатой заготовки, использование которых оптимально для рассматриваемого процесса. Построенные уравнения регрессии для определения размеров матрицы после проведения ряда экспериментов показали свою адекватность.

4. Предложенная методика теоретического расчета показала хорошее качественное схождение с экспериментальными данными при углах а = 10°-^20°. Расхождение в угле, ограничивающем эффективность предложенной матрицы, составило 2°. Моделирование также показало хорошую сходимость к экспериментальным данным, расхождение в угле составило 1,5 расхождение по силе деформирования до 13% на углах а= 10°-20°.

5. Разработанная методика проектирования матрицы, технологического процесса и штампа для обжима в матрице с кольцевыми канавками позволяет снизить силу при деформировании (более 30%), повысить коэффициент обжима (более 11%) и увеличить производительность обжима.

6. Способ интенсификации по форме инструмента можно применять для других технологических процессов, в том числе раздачи и вытяжки, в которых значительно влияние сил трения на предельную степень формоизменения.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Кривошеин, Виталий Александрович, 2011 год

1. Аверкиев Ю.А. Анализ обжима полых цилиндрических заготовок конической матрицей // Сб.трудов МВТУ Машины и технология обработки металлов давлением. -1955.-№42. - С. 111-118.

2. Аверкиев Ю.А. Исследование обжима полых цилиндрических заготовок // Инженерные методы расчета процессов обработки давлением: Сб. науч. трудов. М.: Машгиз, - 1957. - С. 167-196.

3. Аверкиев Ю.А. Об определении наибольшей степени деформации при обжиме пустотелых цилиндрических заготовок в конической матрице // Кузнечно- штамповочное производство. 1966. — №11. — С. 19-22.

4. Аверкиев Ю.А. Холодная штамповка. Формоизменяющие операции. -Ростов-на-Дону: РГУ, 1984. 288 с.

5. Аверкиев Ю.А., Аверкиев А.Ю. Технологии холодной штамповки. М.: Машиностроение, 1989. - 304 с.

6. Агеев Н.П., Кривицкий Б.А. Анализ условий устойчивости тонкостенных заготовок при обжиме в конической матрице // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. — 1980. —№1. — С. 96-100.

7. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1976. - 279 с.

8. Бебрис A.A. Устойчивость заготовки в формоизменяющих операциях листовой штамповки. Рига: Зинатне, 1978. —127 с.

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

10. Богатов A.A. Механические свойства и модели разрушении металлов: Учебное пособие для ВУЗов. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2002. - 239 с.

11. П.Богатов A.A., Мижирицкий О.И., Смирнов C.B. Ресурс пластичности металлов при обработке давлением. М.: Металлургия, 1984. - 144 с.

12. Глазков В.И. Разработка метода определения возможностей формоизменения и исследование основных направлений интенсификации операций листовой штамповки, ограничиваемые условиями разрушения: Автореф. дис. . докт. техн. наук: 05.02.08.-М.,1983. 38 с.

13. Горбунов М.Н. Штамповка деталей из трубчатых заготовок. М.: Машгиз,1960. -190 с.

14. Горбунов М.Н., Пашкевич А.Г., Каширин М.Ф. Предотвращение гофрообразования при обжиме тонкостенных цилиндрических оболочек // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением.2001. -№ 1-С. 18-19.

15. Горбунов М.Н., Попов О.В. Интенсификация процессов холодной штамповки.I1. М.: МДНТП, 1958.-165 с.

16. ГОСТ 1497-61. Методы испытания на растяжение. М.: Изд-во стандартов, 1962.-28 с.

17. ГОСТ 4784-97. Алюминий и сплавы алюминиевые деформируемые. Марки. -М.: Изд-во стандартов, 2000. 18 с.

18. Демин В.А. Проектирование процессов толстолистовой штамповки на основе прогнозирования технологических отказов М.: Машиностроение-1,2002.- 186 с.

19. Евсюков С.А., Бочаров Ю.А., Суворов А.П. Совмещение операций обжима и раздачи // Известия вузов. Машиностроение 1992. -№10-12. - С.106-110.

20. Евсюков С.А., Разработка процессов и методов проектирования листовой штамповки деталей из трубных заготовок: Дис. . док. техн. наук: 05.03.05. -М., 1998.-425 с.

21. Ершов В.И, Глазков В.И, Каширин М.Ф. Совершенствование формоизменяющих операций листовой штамповки. — М. : Машиностроение, 1990.-312 с.

22. Интенсификация, процесса обжима полых цилиндрических заготовок / А.Г. Пашкевич, В.И. Глазков, В.И. Ершов и др. // Кузнечно-штамповочное производство. 1976. - №3. - С.36-39.

23. Исаев А. Н. Механико-математическое моделирование формообразующих операций в процессах изготовления изделий из трубчатых заготовок :— Ростов на Дону :- 2004. 270 с.

24. Калиновский И.П., Чудин В.Н., Мозгов В.А. К расчету технологических параметров обжима трубы с нагревом // Кузнечно-штамповочное производство. 1980. -№ 1.- С. 20-21.

25. Калиновский Н.П., Чудин В.И:, Мозлов В.А. К расчету технологических параметров обжима трубы с нагревом // Кузнечно-штамповочное производство: 1980. - №1. - С.20-21.

26. Калпин Ю.Г., Перфилов В.И., Петров П.А. Сопротивление деформации и. пластичность металлов при обработке давлением — М.: МГТУ МАМИ, 2005.-113 с.

27. Ковка и штамповка: Справочник: В 4 т. / Под ред. Е.И. Семенова М.: Машиностроение, 1987. - Т.4,- 544 с.

28. Колмогоров B.JL Механика обработки металлов давлением: Учеб. для вузов. -Екатеринбург: Уральский Государственный Технический^ Университет УПИ, 2001.-831 с.

29. Колмогоров B.JI. Напряжения, деформации, разрушение. М.: Металлургия, 1970.-230 с.

30. Колмогоров В.JI. Численное моделирование больших пластических деформаций и разрушения металлов // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. — 2003. — № 2. С. 4-16.

31. Компьютерное моделирование процессов листовой штамповки на основе деформационной теории пластичности / Е. Куллиг, И. Бруммунд, Г. Ландграф, Ф. Ульбрихт // Кузнечно-штамповочное производство. 1997. -№ 3.1. С. 13-16.

32. Кривошеин В.А. Теоретический расчет силы при обжиме в профилированной матрице // Наука и образование: электронное научнотехническое издание. 2011. — № 9 Электронный ресурс. URL: http://technomag.edu.ru/doc/215636.html (дата1 обращения: 10.10.2011).

33. Кривошеин В.А. Интенсификация процесса обжима посредством выбора геометрии поверхности контакта заготовки с матрицей // Заготовительные производства в машиностроении. 2011. - № 6. - С. 15-18.

34. Кривошеин В.А. Сравнительный анализ теоретических и экспериментальных данных при исследовании процесса обжима в матрице с кольцевыми канавками // Известия вузов. Машиностроение. — 2011. — № 6. —С. 10—12.

35. Литвинов В. М. Разработка и исследование высокоэффективных процессов деформирования обжимом тонкостенных трубных заготовок: Дисс. . канд. техн. наук. М., 2004. - 160 с.

36. Любвин В.И.Обработка металлов- радиальным обжатием. М:: Машиностроение, 1955. — 248 с.

37. Марьин Б.Н., Иванов Ю.Л., Сапожников В.М. и др.; Под ред. Б.Н. Марьина. Интенсификация формообразования деталей из трубчатых заготовок.- М.: Машиностроение, 1996. 168 с.

38. Мельников Э.Л. Справочник по холодной штамповке оболочковых деталей( 3-е изд., лерераб. и доп.). — М.: Машиностроение, 2003. — 288 с.

39. Мельников Э.Л. Холодная штамповка днищ. — М.: Машиностроение, 1974.— 186 с.

40. Мещерин В.Т. Планирование: эксперимента при исследовании технологических процессов;-М.: Машиностроение, 1981. — 184 с.

41. Неиершин Р. И. Идеальные процессы обжима и раздачи толстостенных трубных заготовок // Кузнечно штамповочное производство. Обработка' материалов давлением. -2010.-№ 6. - С.23-29.1'' I ' ■ i

42. Непершин Р. И. Моделирование процесса- обжима тонкостенной трубной заготовки сферическими матрицами. // Кузнечно штамповочное производство. Обработка материалов давлением. — 2007. - №11. - С. 32-38;

43. Новик; Ф.С., Арсов Я: Б. Оптимизация процессов технологии, металлов методами? планирования экспериментов: М.: Машиностроение -Техника, 1980.-304 с.

44. Новый политехнический словарь / Гл. ред. АЛО. Ишинский. М.: Большая Российская Энциклопедия, 2000. - 671 с.

45. Пашкевич А.Г., Орехов A.B. Гофрообразование при обжиме тонкостенных оболоче осевым усилием деформирования // Известия вузов. Машиностроение. -1979; №10. - С. 122-126.

46. Пластичность и разрушение / Под ред. В. JL Колмогорова. — М.: Металлургия, 1977.-336 с.

47. Попов Е.А. Использование трубной заготовки вместо листовой // Новые процессы обработки металлов давлением. (М.).-1962. С. 144-150.

48. Попов Е.А. Основы теории листовой штамповки М.: Машиностроение, 1968. -283 с.

49. Попов- Е.А., Оцхели В.Н. Анализ напряженно-деформированного состояния при обжиме трубных заготовок // Кузнечно-штамповочное производство. -1972. — №ь5 С.17-19 .

50. Попов, И.П.Разработка процессов листовой штамповки и методов их проектирования для деталей с заданными размерами по толщине: Дис. . док. техн. наук: 05.03.05. М., 1994. - 447 с.

51. Попов О.В. Изготовление цельноштампованных тонкостенных, деталей переменного сечения. М.: Машиностроение, 1974. - 120 с.

52. Попов О.В. Основы методики теоретического анализа формоизменяющих операций при штамповке деталей, из труб с местным нагревом^ // Кузнечно-штамповочное производство. -1971. -№ 6. С. 14-18.

53. Попов 0:В., Ершов В.И. Изготовление цельноштампованных ниппелей для разъемных соединений, трубопроводов" // Труды МАТИ. -1966. —№ 65. -С.130-145.

54. Попов О.В.Основы методики теоретического анализа при штамповке деталей из труб с применением'термической» и силовой интенсификации // Кузнечно-штамповочное производство: 1971. - № 6 — С. 14-17.

55. Предельные значения коэффициентов обжима глубоких конических деталей / Э.Л. Мельников, М:3. Фомин, B.C. Головин и др.// Кузнечно-штамповочное производство. -1983. № Z - С.21-22.

56. Предотвращение гофрообразования при обжиме тонкостенных цилиндрических оболочек / М.Н. Горбунов, А.Г. Пашкевич, М.Ф. Каширин и др. // Кузнечно-штамповочное производство. -1977. №1. - С. 18-20.

57. Ренне ЖП., Ренне Т.И. Об одной форме потери устойчивости при обжиме тонкостенных- труб из сильно нагартованного металла, // Технология машиностроения- Тула;: издательство ТПИ| 1970: Вын; 9. - С. 22-25.

58. Романовский В.П. Справочник по; холодно® штамповке: JI:: Машиностроение, 1979. - - 520 е. .

59. Рудман Л.И. Справочник конструктора: М!: Машиностроение, 1988: -496 с.

60. Сапожников ВМ;, Марьине : Б;Н1,. Попов Ö.B. Интенсификация? технологических; процессов формообразования деталей из труб:- М;:. Машиностроение, 1995. 176 с.

61. Сегерлинд Л. Применение метода конечных элементов. — М.: Мир, 1979.-392 с.

62. Сизова И;А. Обжим с утонением трубчатых заготовок: Дис. . канд. техн. наук: 05:03.05 —Mi, 2003. 1601с.

63. Смирнов-Аляев Г.А. Механические основы пластической обработки металлов; -Л.: Машиностроение, 1968.-272 с.

64. Смирнов-Аляев Г.А., Чикидовский В.П;. Экспериментальные исследования в обработке металлов давлением. Л.: Машиностроение, 1972. - 360 с.

65. Спиридонов A.A. Планирование эксперимента при исследовании технологических процессов. -М.: Машиностроение, 1981. 184 с.

66. Сторожей М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением. М.: Машиностроение, 1971. -423 с.

67. Теория ковки и штамповки / Под ред. Е.П. Унксова, А.Г. Овчинникова. М.: Машиностроение, 1992. — 720 с.

68. Фролов В.Н. Обжим полых цилиндрических заготовок. -М.: Машгиз, 1957.-24с.

69. Харитонов А. А. Формообразование фланцев и утолщений на осесимметричных трубчатых заготовках: Дис. . канд. техн. Наук: 05.03.05. -Тула, 2002. 120 с.

70. Шалаев В.Д. Изменение толщины трубчатых заготовок при обжиме и раздаче // Сб.трудов МВТУ. 1964. - №111. - Машины и технология обработки металлов давлением. — С. 170-179 .

71. Экспериментальные исследования формоизменения стальных труб E.H. Сосенушкин, В.Н. Климов, Е.А. Яновска, Е.А. Кутышкина // Кузнечно -штамповочное производство. Обработка материалов давлением. -2010. № 6. -С. 39-43.

72. ASM Handbook, Metalworking: Sheet Forming: ASM INTERNATIONAL, 1996. -V.14B — 2110 c.