Объемная штамповка поковок колец синхронизатора коробки передач автомобиля «КАМАЗ» тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.09, кандидат наук Михайлов Виктор Николаевич

• Михайлов Виктор Николаевич
• кандидат наук
• 2016

Оглавление диссертации кандидат наук Михайлов Виктор Николаевич

Введение

Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследования

1.1. Условия эксплуатации колец синхронизаторов в коробках передач большегрузных автомобилей

1.2. Свойства и химический состав латуни ЛМцСКА 58-2-2-1-1 в 13 состоянии поставки

1.3. Проектирование технологических процессов горячей объёмной штамповки

1.3.1.Последовательность проектирования технологических процессов

1.3.2. Проектирование облойных мостиков

1.4. Моделирование процессов ГОШ

1.5. Построение математической модели по результатам экспериментов

1.6. Выводы и итоги главы

Глава 2. Разработка и внедрение технологии объемной штамповки поковок колец синхронизатора с облоем повышенной жесткости в

производство

2.1.Выбор рационального термомеханического режима штамповки и формирование служебных свойств деталей

2.2.Опытная ГОШ поковок в полузакрытом и открытом штампах

2.3. Исследование влияния конфигурации облоя на жесткость горячей поковки

2.4. Выбор схемы процесса ГОШ поковок колец синхронизатора 59 2.5.Особенности проектирования поковок колец синхронизатора из латуни с облоем повышенной жесткости

2.6. Разработка нагревательной установки с ориентацией заготовок и автоматической загрузкой их в индуктор с регулируе- 75 мым темпом подачи

2.7.Выбор технологической смазки и температуры нагрева штампа для ГОШ поковок колец синхронизатора

2.8.Внедрение технологии ГОШ поковок колец синхронизаторов с фигурным облоем повышенной жесткости в производство

2.9.Компьютерное моделирование ГОШ поковок с облоем повышенной жесткости

2.10. Выводы и итоги главы

Глава 3. Совершенствование технологии ГОШ поковок с облоем повышенной жесткости

3.1. Выбор схемы ГОШ поковок колец синхронизатора с фигурным облойным мостиком с расширением

3.2. Компьютерное моделирование ГОШ поковок колец синхронизатора из латуни в штампе с фигурным облойным мостиком с расширением

3.3. Физическое и компьютерное моделирование процесса

штамповки из свинцовой заготовки

3.3.1.физическое моделирование процесса штамповки из свинцовой аготовки

3.3.2 . Компьютерное моделирование процесса штамповки из

свинцовой заготовки

3.3.2.1 Определение величины коэффициента трения ц для про- 101 граммы Q-Form

3.3.2.2.Определение величины напряжение текучести а8 для

программы Q-Form

3.3.2.3. Сравнение экспериментальных результатов определения коэффициента трения ц и напряжение текучести аэ с моделированием по программе Q-form

3.3.3 Сравнение результатов компьютерного и физического моделирование процесса штамповки свинцовой заготовки

3.5. Выводы и итоги главы

Глава 4. Построение уравнения регрессии и разработка методики проектирования ковочного штампа

4.1. Построение математической модели расчета силы ГОШ поковок в штампе с расширяющимся фигурным облойным мостиком

4.2.Особенности проектирования поковок с расширяющимся облойным мостиком повышенной жесткости

4.3. Методика проектирования штампа с расширяющимся фигурным облойным мостиком

4.4. Выводы и итоги главы

Заключение

Список литературы

Список приложений

Приложения

Список сокращений и условных обозначений

КИМ - коэффициент использования материала. ЛГТУ - «Липецкий государственный технический университет». ОАО «КАМАЗ» - Открытое акционерное общество « Камский автомобильный завод».

ГОШ - горячая объемная штамповка.

ВоГТУ - Вологодский государственный технический университет ВАК - высшая аттестационная комиссия. ГОСТ - государственный стандарт. ЭВМ - электронно-вычислительная машина. А.С. - авторское свидетельство. НТ - нормативно-техническая (информация). НС - нормативно-справочная (информация). ОМД - обработка металлов давлением. МКЭ - метод конечных элементов. «ДРОН-3» - дифрактометр.

КГШП - кривошипный горячештамповочный пресс.

ПК - персональный компьютер.

КШП - Кузнечно-штамповочное производство.

МАМИ - «Московский государственный машиностроительный университет».

УрФУ - Уральский Федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина.

Введение

Актуальность темы исследования.

Одним из приоритетных направлений научных исследований в Российской Федерации является повышение энергоэффективности технологических процессов, снижение норм расхода материала, в частности, путем применения методов обработки металлов давлением, позволяющих снизить объем механической обработки.

В коробку передач автомобиля КАМАЗ в зависимости от модификации устанавливают пять различных по конфигурации колец синхронизаторов, изготавливаемых из латуни ЛМцСКА 58-2-2-1-1, обладающей высокими антифрикционными свойствами. Первоначально, с момента запуска первой очереди ОАО «КАМАЗ» в 1976 г., технология изготовления колец синхронизатора включала: отрезку кольцевой заготовки от толстостенной прессованной трубы и механическую обработку по всем поверхностям заготовки. При этом в зависимости от типа колец до 72 % дорогостоящей латуни уходило в стружку.

Требовалось повысить эффективность технологии изготовления деталей колец синхронизаторов, за счет применения методов горячей объемной штамповки (ГОШ).

Возможности применения методов пластической деформации для изготовления колец синхронизатора из антифрикционной латуни ЛМцСКА 58-2-2-1-1, на момент начала данной работы до конца не были исследованы. В частности, отсутствовали необходимые данные о влиянии температуры и степени деформации на механические свойства синхронизаторов получаемых штамповкой. Отсутствовали технологии штамповки колец, имеющих такие особенности геометрических размеров, как большой диаметр, многократно превышающий высоту и толщину сечения поковки, а также большая разница в площади поперечных сечений поковки.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Объемная штамповка поковок колец синхронизатора коробки передач автомобиля «КАМАЗ»»

Цель работы.

Повышение качества изготовления поковок колец синхронизатора автомобиля «КАМАЗ» на основе создания ресурсосберегающей технологии горячей

объемной штамповки (ГОШ) путем совершенствования технологических параметров штамповки и конструктивных элементов оснастки.

Задачи исследования.

1. Определить термомеханические режимы горячей пластической деформации латуни ЛМцСКА 58-2-2-1-1, обеспечивающие получение изотропной мелкозернистой структуры.

2. Исследовать антифрикционную эффективность технологических смазок с учетом температуры подогрева инструмента в лабораторных и производственных условиях.

3. Определить технологические параметры процесса ГОШ, исключающие коробление поковок при извлечении из ручья штампа и позволяющие получить качественную поковку с меньшими материальными и энергетическими затратами.

4. Разработать методику проектирования ковочного штампа для изготовления поковок кольца синхронизатора автомобиля «КАМАЗ».

5. Получить уравнение регрессии для расчета силы ГОШ поковок колец синхронизаторов в зависимости от геометрических параметров облойного мостика.

Объект исследования. Операция открытой объемной штамповки колец синхронизаторов коробки передач большегрузного автомобиля «КАМАЗ».

Предмет исследования. Влияние технологических параметров ГОШ и геометрии инструмента на жесткость поковки для исключения ее коробления при извлечении из штампа и снижения металлоемкости.

Методы исследования. Для исследования структуры металла использовались методы металлографического анализа. Исследования процесса открытой горячей штамповки выполнены на основе положений теории пластического деформирования, конечно-элементного моделирования в программном модуле QFORM, методов физического моделирования и статистической обработки экспериментальных данных.

Результаты, выносимые на защиту:

установленные температурные и деформационные режимы штамповки латуни ЛМцСКА 58-2-2-1-1;

результаты экспериментальных показателей сил контактного трения для различных видов смазки и температур нагрева штампа;

• установленные геометрические параметры открытого штампа, обеспечивающие повышение жесткости поковки кольца синхронизатора автомобиля «КАМАЗ»;

• геометрические параметры открытого штампа, обеспечивающие снижение силы деформирования и металлоемкости поковок;

• разработанная методика проектирования ковочных штампов для колец синхронизатора автомобиля «КАМАЗ».

Научная новизна работы:

1. Установлены частота распределения размеров зерна после горячей осадки в пределах степени деформации 50^60% и средние диаметры зерна в зависимости от температуры 720^780°С.

2. Получены зависимости для определения параметров облойного мостика (длина прямой и выступающей части, с совпадающими центрами окружности проточки и выступа), исключающие коробление поковки при выталкивании.

3. Получены зависимости для определения параметров облойного мостика с центром окружности проточки, смещенным относительно центра окружности выступа в сторону от ручья, с образованием расширяющегося участка, что уменьшает толщину облоя и штамповочные уклоны.

4. Установлены величины коэффициента трения ^ в зависимости от температуры инструмента 20^300 оС и степени деформации е на основании чего рекомендована смазка Градис ОФ для ГОШ поковок колец синхронизатора автомобиля «КАМАЗ» из латуни ЛМцСКА 58-2-2-1-1.

Практическая значимость работы состоит в использовании полученных результатов в инженерной практике при проектировании и внедрении в производство технологических процессов ГОШ поковок:

результаты исследований температурных и деформационных режимов штамповки латуни ЛМцСКА 58-2-2-1-1 использованы при составлении технологических карт производственного процесса;

установленная взаимосвязь геометрических параметров открытого штампа с жесткостью поковок использована при проектировании штамповой оснастки, внедренной в производство;

• установленная взаимосвязь геометрических параметров открытого штампа с силой штамповки и металлоемкостью поковок использована при проектировании новой штамповой оснастки;

• разработанная методика проектирования штампа для ГОШ поковок колец синхронизатора из латуни с расширяющимся фигурным облойным мостиком использована при проектировании новой штамповой оснастки;

• полученное уравнение регрессии для расчета силы ГОШ поковок колец синхронизатора в зависимости от геометрических параметров штампа использовано в инженерной методике расчета силы штамповки.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Работа соответствует формуле специальности 05.02.09, так как в ней рассматривается технология ковки колец синхронизатора автомобиля «КАМАЗ», в том числе нагрев заготовок, закономерности деформирования латуни ЛМцСКА 58-2-2-1-1 и технологические приемы повышения качества поковок из нее, что находится в области исследований (п.п. 1, 2, 4) специальности 05.02.09, в соответствии с ее паспортом.

Достоверность результатов в диссертации обеспечивается: использованием современных методов компьютерного и физического моделирования, а также сходимостью их результатов;

доведением новой технологии ГОШ поковок колец синхронизатора до промышленного внедрения.

Реализация работы: внедрена в производство на кузнечном заводе ОАО «КАМАЗ» техноло-

гия ГОШ поковок колец синхронизатора пяти наименований с экономическим эффектом более 9 млн. рублей в год;

• разработана и передана ОАО «КАМАЗ» методика проектирования штамповой оснастки, на основе которой разработана конструкторско-технологическая документация и изготовлена оснастка для проведения опытно-промышленной штамповки;

• результаты использованы в научно-исследовательской работе студентов при выполнении дипломных проектов.

Апробация работы. Материалы работы доложены и обсуждены на заседании секции «Научно-производственные и социально-экономические проблемы производства автомобиля КАМАЗ» в республиканской НТК, г. Набережные Челны, 1988; на областной научно-практической конференции «Актуальные проблемы технических наук», ЛГТУ, Липецк 2009; на областном профильном семинаре школы молодых ученых по техническим наукам, ЛГТУ, Липецк 2009; на итоговой научной конференции «О научном потенциале региона и путях его развития», ЛИРО, г. Липецк 2009; на научной конференции студентов и аспирантов ЛГТУ, г. Липецк 2009; на VII международной научно-технической конференции «Автоматизация и энергосбережение машиностроительного и металлургического производств, технология и надежность машин, приборов и оборудования», ВоГТУ г. Вологда 2012 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 работ. Из них 10 научных статей, в том числе 4 в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендуемых ВАК, 2 патента на изобретение, 1 патент на полезную модель и 1 заявка на изобретение №.201314760/02 от 18.10.2013 опуб. 27.04.2015.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, списка сокращений и условных обозначений, четырех глав, заключения, списка литературы, содержащего 111 наименований, списка приложений и 5 приложений. Диссертационная работа изложена на 135 страницах машинописного текста и содержит 24 таблицы и 72 рисунка.

Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследования 1.1. Условия эксплуатации колец синхронизаторов в коробках передач большегрузных автомобилей.

Приведен пример условий эксплуатации колец синхронизаторов коробки передач автомобиля «КАМАЗ» [1]. Вторая, третья, четвертая и пятая передачи включаются через синхронизаторы, состоящие из фрикционных колец, каретки, фиксаторов и блокирующих пальцев (рисунок 1.1). Делитель передач (рисунок 1.2) изменяет скорость и тягу автомобиля в 1,25 раза, увеличивает вдвое число передач. На первичном вале имеется синхронизатор для включения высшей и низшей передач делителя (рисунок 1.3), аналогичное по устройство синхронизатору в основной коробке (рисунок 1.4).

В синхронизатор четвертой и пятой передач входят два конусных кольца 1 и 4 (рисунок 1.4.).

При переключении передач вилкой передвижения каретки, кольцо синхронизатора вместе с синхронизатором, подводится к конусу шестерни. Происходит выравнивание их частот вращения за счет трения между коническими поверхностями кольца синхронизатора и включаемой шестерни. Как только частота вращения каретки и шестерни сравняются, передача включится без удара и шума.

Таким образом, при контакте конической поверхностью с выемками с конической поверхностью шестерни и последующем выравнивании за счет трения их скоростей вращения, кольца синхронизатора интенсивно подвергаются износу и работают в очень тяжелых условиях.

В соответствии с этим кольца синхронизаторов изготовляют из латуни ЛМцСКА 58-2-2-1-1, обладающей высокими антифрикционными свойствами, усталостной и контактной прочностью.

Рисунок 1.1 - Основная коробка передач

Рисунок 1.2 - Делитель передач

Рисунок 1.3 - Синхронизатор делителя передач

Рисунок 1.4 - Синхронизатор четвертой и пятой передач:

1 - фрикционное кольцо четвертой передачи; 2 - каретка синхронизатора; - блокирующий палец; 4 - фрикционное кольцо пятой передачи; 5 - сухарь

фиксатора; 6 - пружина фиксатора

1.2. Свойства и химический состав латуни ЛМцСКА 58-2-2-1-1 в состоянии поставки.

Первоначально применяемая технология изготовления колец синхронизаторов включала отрезку кольцевой заготовки от толстостенной трубы и последующую обработку резанием.

Механические свойства труб по ТУ 48-21-15-77 указаны в таблице 1.1. Химический состав латуни указан в таблице 1.2.

Таблица 1.1 - Механические свойства труб по ТУ 48-21-15-77

Толщина стенок труб, мм Временное сопротивление разрыву, ов кПа/мм2 Относительное удлинение, 510, % Твердость по Бринелю

5-10 42 5 130-165

11-40 45 11 120-165

Таблица 1.2 - Химический состав латуни ЛМцСКА 58-2-2-1-1

Основные компоненты Примеси не более

Медь Марг. Свин. Алюм Кремн Цинк Железо Сурьма Висм. Фосф. Всего

57- 1,75- 1,5- 0,6- 0,5- Остал 0,6 0,005 0,002 0,01 1,1

60 2,5 2,2 1,2 1,2 ьное

1.3. Проектирование технологических процессов ГОШ.

Разработка действующего технологического процесса содержит в себе проектирование и освоение.

Проектирование начинается с анализа чертежа детали, технических требований к ней и программы выпуска. Программа выпуска необходима при выборе метода штамповки и экономического обоснования принятых решений.

Проект разрабатывают на основе научно-технической (НТ) и нормативно-справочной (НС) информации. Это инструкции, нормы, руководящие технологические материалы, ГОСТы, справочники, методические указания, авторские свидетельства, патенты, монографии, учебники, учебные пособия, результаты

теоретических и практических исследований. В настоящее время проектирование ведется с использованием пакетов прикладных программ, которые значительно ускоряют процесс и повышают достоверность принимаемых решений.

После проектирования проводят подготовку производства и освоение. Освоение заканчивается внедрением, которое оформляется актом внедрения технологического процесса в производство.

Необходимо, чтобы разработанная технология и конструкция штамповой оснастки была устойчива к изменению технологических параметров процесса ГОШ и обеспечивала получение качественной продукции в условиях действующего производства.

1.3.1. Последовательность проектирования технологических процессов.

Последовательность проектирования технологических процессов изложена в работе [3].

На рисунке 1.5 представлена общая схема разработки технологических процессов ГОШ из которой видно, что проектирование включает в себя ряд последовательных этапов.

Рисунок 1.5 - Общая схема разработки технологических процессов ГОШ

Создание алгоритмов и программ для ЭВМ потребовало детализации действий и их строгой алгоритмизации. Лебедев В.А. систематизировал последовательность проектирования процессов ГОШ (рисунок 1.6).

Анализ задания на технологичность проводят по двум признакам: материалу и геометрии детали, соизмеряя их с имеющимися возможностями производства.

Выбор схемы процесса штамповки. Это один из самых ответственных этапов проектирования, определяющий ход дальнейших действий. Этап во многом творческий и недостаточно формализован. Принимаемые решения во многом зависят от опыта, объема знаний и интуиции проектировщика. Основой принятия решений служит классификация поковок. Поковки, изготовляемые на кривошипных горячештамповочных прессах согласно [4], можно разделить на пять групп (таблица 1.3).

А

Анализ задания на технологичность

Отказ от заказа

Б Выбор схемы процесса штамповки

* г

В Разработка чертежа поковки и согласование с заказчиком

1 г

Г Проектирование технологии штамповки (переходы)

1 г

Д Оценка принятых решений

1'

Е Оформление технологической документации и ТПП

1 г

Ж Освоение технологического процесса на производстве

1 г

З Запуск в производство

Рисунок 1.6 - Этапы разработки технологического процесса ГОШ

Определяют, к какой группе (подгруппе) относится поковка и на основании этого, с учетом НТ и НС информации принимают по подобию или самостоятельно (новую) схему процесса штамповки.

При этом возможно проведение следующих мероприятий: упрощение конфигурации детали, использование совмещенной штамповки, разделение детали на отдельные части с отдельной штамповкой каждой или одной из частей с последующей сваркой, разделение процесса штамповки на несколько этапов.

При выборе схемы процесса штамповки и основного технологического оборудования необходимо включать в рассмотрение операции обрезки облоя и,

Таблица 1.3 - Классификация поковок

Группа Подгруппа

а б в

I

II фзнфзн -Ефсф

III А А ^ т }---

IV •ч

V т\ '1 4 р Г г гГ и у

при наличии перемычки, пробивки отверстия, правки или калибровки и т.п.

Разработка чертежа поковки и согласование с заказчиком. Чертеж поковки традиционно разрабатывается на основании чертежа детали. При этом учитывается принятая схема штамповки. Вопросам проектирования поковки посвящены работы многих исследователей. В настоящее время существуют системы автоматизированного проектирования, позволяющие по геометрии детали получить геометрию поковки.

В общем случае должен быть решен комплекс вопросов, среди которых определение исходного индекса поковки, выбор поверхности разъема, упрощение конфигурации, назначение припусков и штамповочных уклонов, определение радиусов закругления и др. (рисунок 1.7). Необходимо, как и при выборе схемы штамповки, учитывать особенности обрезки облоя, пробивки отверстий, наличие операций калибровки и т.п.

Рисунок 1.7 - Этапы разработки чертежа поковки

Заканчивается этап разработкой чертежа (математической модели) поковки и согласованием её с заказчиком.

На основе выбранной схемы штамповки и чертежа согласованной поковки проектируются технологические переходы и штампы (рисунок 1.8). Процесс такого проектирования взаимозависимый.

На этом этапе в настоящее время широко используются математические модели пластического формоизменения, реализованные в виде программ для ЭВМ.

Рисунок 1.8 - Проектирование технологических переходов и инструмента

Из работ [5,6] видно, что это направление новое и перспективное, как в области проектирования, так и в области исследования технологических процессов ГОШ. Открылись возможности оптимизации [7] и системного проектирования [8] ГОШ.

Стало возможно проводить моделирование на персональном компьютере вместо дорогостоящих промышленных экспериментов. Что позволяет сократить стоимость и сроки внедрения новых технологий ГОШ, проводить анализ и совершенствовать технологии.

Численный эксперимент дает возможность всесторонне исследовать проектируемый процесс. При этом возможно рассматривать ситуации, которые осуществить практически нельзя на имеющемся оборудовании.

Прикладные программы предлагаются многими фирмами. По мнению В.Л. Колмогорова [9], российские программы «QForm» и «РАПИД» по качеству не уступают иностранным.

Для пользователей эти программы представляют собой «черный ящик».

Исходные данные являются факторами (входами), а полученные результаты - откликами (выходами). Несмотря на «кибернетичность» [10] такого подхода, программы позволяют решать практические задачи. Для использования программ необходимо знать механизм составления математических моделей, понимать принятые допущения [11] и знать способы их реализации. Это дает возможность более правильно подходить к анализу результатов расчета и выбору программ.

Использование программ начинается с задания граничных условий в теплопередачи и напряжениях трения. Важно, чтобы используемые коэффициенты были получены в условиях, соответствующих реальным процессам ГОШ.

На основе компьютерного моделирования проводят анализ напряженно-деформированного состояния материала и инструмента. В случае необходимости вносят корректировки в технологические переходы и конструкцию штампов.

Далее окончательно определяют размеры исходной заготовки, температурный режим штамповки и выбирают смазку. По рассчитанным усилиям деформации производят подбор оборудования.

Оценка принятых решений.

Процесс проектирования технологических переходов и штампов по сути дела является непрерывным процессом принятия решений и их оценки. Рассматриваются различные альтернативные варианты [12]. Как будет показано ниже, разработка технологий на основе системы правил проектирования позволяет учесть многие нюансы и избежать грубых ошибок.

В работе [8] подчеркивается, что системный анализ является эффективным средством принятия решений. Однако окончательный выбор решения по-прежнему остается за человеком. В зависимости от конкретной ситуации выводы относительно рассматриваемых технологий могут быть приняты диаметрально противоположные, вплоть до отказа от заказа.

Для проведения технологической подготовки производства (ТПП) необходим комплект документов: чертеж и (или) математическая модель холодной поковки (для контроля); чертеж (модель) горячей поковки (окончательный ручей); технологические переходы; карта технологического процесса; чертежи штамповой оснастки; чертежи обрезного штампа, чертежи на приспособления для контроля.

Освоение технологического процесса.

Процесс освоения начинается с опытной штамповки. На этом этапе выявляются все недочеты принятых проектных решений. При необходимости производится корректировка технологии и доработка штамповой оснастки. В конце этапа оформляется акт внедрения техпроцесса в производство.

1.3.2. Проектирование облойных мостиков.

Как уже отмечалось, первоначальная технология изготовления колец синхронизаторов включала отрезку кольцевой заготовки от толстостенной прессованной трубы и последующую механическую обработку заготовки.

Попытки горячей объемной штамповки (ГОШ) поковок колец синхронизатора на кузнечном заводе ОАО «КАМАЗ», по договорам с вузами и научно-исследовательскими институтами, в закрытом, полузакрытом (закрытом по наружному диаметру и открытом по внутреннему диаметру поковки) и в открытом штампах, оказались безуспешными. Поковки коробило при извлечении их из штампа.

Как уже отмечалось во введении, к технологическим особенностям ГОШ поковок колец синхронизатора, относятся: геометрические размеры поковок (большой диаметр, многократно превышающий высоту и толщину сечения поковки и большая разница в площади поперечных сечений по периметру поковки); высокая пластичность и низкое сопротивление деформации латуни в пределах температурного интервала штамповки и склонность к трещинообразова-нию за его пределами.

В связи с этим, требовался новый подход к разработке технологии ГОШ поковок, с целью исключения их коробления при штамповке.

С целью исключения коробления поковки в данной работе предложено выполнить облой фигурной формы. Температура облоя при формировании его в ковочном штампе и последующем охлаждении на воздухе ниже температуры тела поковки. Придание облою фигурной формы увеличивает момент сопротивления сечения поковки и придает ей необходимую дополнительную жесткость.

В литературе встречаются примеры придания облою подобной формы. Известен штамп для объемной штамповки, содержащий верхнюю и нижнюю половины, на обращенных одна к другой поверхностях каждой из которых выполнены канавки, совместно образующие волнообразную кольцевую облойную полость, поверхность облойной полости выполнена рифленой, образованной чередующимися в радиальном направлении выступами и впадинами, высота и ширина каждого выступа составляет 0,1^0,3 от ширины облойного мостика (А.С. №889259.-1981).

Недостатком известного штампа является высокое торможение истечению металла в облойный мостик.

Аксенов Л.Б. дает подробную морфологическую матрицу конструкций об-лойного мостика (рисунок 1.9) [8].

Матрица содержит 24 возможных конструкций, из которых только 14 исследовались ранее. Наибольший интерес с точки зрения придания поковке дополнительной жесткости за счет формы облоя представляет 4 группа. Конструкция облойных мостиков данной группы с этих позиций никем не исследована.

Вместе с тем, придание облою фигурной формы, как показала практика, и проведенные исследования в главе 1 данной работы, увеличивает сопротивление истечению металла из ручья штампа в облойный мостик. Что приводит к увеличению усилия штамповки и, как следствие этого, увеличению усилия выталкивания поковки и вероятности ее коробления при извлечении из ручья штампа. С этой точки зрения интересна 5 группа облойных мостиков.

ЧАПРАШ^Е ТЕЧШО ЧЕ7АШ

I

ш

дат-

МЛк

1 1 ^ 1 ■* П\ V,дам и С^ГТТГГ), ^

Р щуид ГТТГТТ^ и )2 гJ ■ 1 2¥

1 сутттттч и МЬттщ Г ■ '1

ц М и

Ъ^лллА 7У7ТГГГ\ и и и^ и

и £ РУГ717Т7Л № -< ШШ ;

{ 21 1 | цш^Л : п^гУ1 ИГО '

ФОРМА МАГАЗИНА

Рисунок 1.9 - Морфологическая матрица возможных конструкций облойного

мостика

В статье [13] приведены особенности течения металла в расширяющейся облойной щели открытого типа (рисунок 1.10) рассмотрен характер течения

металла при доштамповке осесимметричных поковок в штампе с расширяющейся облойной щелью, которую можно широко применять для поковок малой и средней сложности.

За какой-то момент времени штампы смыкаются на бесконечно малую величину dh, при этом начальная высота щели становится Ин, а ширина облоя увеличивается на dp. Предположено, что профиль порога облойной щели выполнен таким образом, что вновь образованная часть облоя не подверглась деформации инструментом. Составлено уравнение расхода металла через выбранную цилиндрическую поверхность радиуса р:

или

, о-,

лр2^ = п[(р + ёр)2 - р2] (И-— ) ,

¿А 2 йр

(1.1)

Рисунок 1.10 - Схема «отслоения» облоя при доштамповке: а - боковой вид облоя; б - напряженное состояние элемента сектора облоя

Интегрированием полученного выражения в пределах от ^ до h и от Я до р получено

Р_

И = (1.2)

Если профиль щели облойной канавки выполнен по полученному уравнению, то облой при смыкании штампов до принятого в уравнении значения «отслаивается» от поверхности порога мостика и перестает деформироваться инструментом. При дальнейшем уменьшении начальной высоты щели происходит свободное вытекание металла за пределы гравюры штампа (рис 1.11.).

Основной вывод, который делает автор статьи, заключается в том, что при доштамповке, вследствие отслоения облоя, полностью исчезнут нормальные напряжения на поверхности порога облойной канавки, что приведет к снижению общей силы деформирования и повышению стойкости оснастки. Плавный переход от гравюры штампа к облою, также способствует повышению стойкости таких канавок.

Рисунок 1.11 - Схема образования свободно вытекающего облоя

На основании изложенного можно предположить, что смещение выемки облойной канавки, например группы 4.1 морфологической таблицы [12], на одной половине штампа, относительно выступа на другой половине штампа по горизонтали в сторону от ручья, также приведет к образованию расширяющейся облойной щели открытого типа и к снижению общего усилия деформирова-

ния. Подробные исследования данной конструкции расширяющейся облойной канавки приведены в главе 3.

1.4. Моделирование процессов ГОШ.

Процессы ГОШ представляют собой техническую систему, которая характеризуется определенными параметрами. Параметры различаются на входные (независимые переменные) и выходные (зависимые переменные) [5].

Эксперименты, проведённые в производственных условиях, более достоверны. Проведение экспериментов на производстве связаны с определенными трудностями. В связи с этим. Поэтому исследование параметров и их взаимосвязей, характеризующих ГОШ, производят на основе математического и физического моделирования [14,15,16,17].

Физическое моделирование осуществляют на образцах из свинца, уменьшенные, которые являются копией реального объекта, используя при этом правила моделирования и законы теории подобия. Результаты, как правило, обрабатывают статистическими методами и в результате имеют математическую модель на основе экспериментов, [18]. Полученные таким образом модели обладают определенной общностью и их можно рассматривать как конкретные закономерности для подобных условий. Построение таких экспериментальных математических моделей будет подробно рассмотрено в главе 4.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Михайлов Виктор Николаевич, 2016 год

Список литературы

1. «Про грузовики» / - Справочник по грузовым автомобилям.- 2009-2012.-Шр^/^^^^ pro-gruzoviki.ru/.

2. Шибаков В.Г. Формирование служебных свойств деталей на основе выбора рационального термомеханического режима штамповки/ В.Г. Шибаков, А.В. Алдунин, В.Н. Михайлов // -М.: Кузнечно-штамповочное производство.-1991. - № 1. С. 11-14.

3. Володин И.М. Система основных принципов проектирования процессов горячей объемной штамповки/ И.М. Володин // Сб. научн. тр. МНТК освященной 70-летию С.Л.Коцаря. - Липецк: ЛГТУ. - 2005, С.107-113.

4. Брюханов А. Н. Ковка и объёмная штамповка. Учебное пособие для машиностроительных вузов/ А. Н. Брюханов // - М.: Машиностроение. - 1975, С.408

5. Тарновский И.Я. Теория обработки металлов давлением/ И.Я.Тарновский, А.А. Поздеев, О.А. Гонаго и др. // - М.: Металлургия. - 1963, С 672.

6. Тарновский И.Я., Вайсбурд Р.А., Еремеев Г.А. Автоматизация проектирования технологии горячей штамповки/ И.Я. Тарновский. Р.А.Вайсбурд // -М: Машиностроение. - 1969, 240 С.

7. Вайсбурд Р.А. Оптимизация процессов кузнечно-штамповочного производства/ Р.А. Вайсбурд // Кузнечно-штамповочное производство № 3.- 1982, С. 19-21.

8. Аксенов, Л.Б. Системное проектирование процессов штамповки/ Л.Б. Аксенов.//- Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1990,- 240 С.

9. Колмогоров В.Л. Численное моделирование больших пластических деформаций и разрушения металлов [Текст] / В.Л. Колмогоров // Кузнечно-штамповочное производство. - 2003 ,- № 2.- С. 4-16.

10. Новик Ф.С. Оптимизация процессов технологии металлов методами планирования экспериментов /Ф.С. Новик, Я.Б. Арсов//- М.: Машиностроение; София: Техника. - 1980, 304 С.

11. Степанский Л.Г. Об опытной проверке результатов компьютерного моделирования процессов пластического деформирования/ Л.Г Степанский // Кузнечно-штамповочное производство. - 2001, № 6. С.36-40.

12. Аксенов Л.Б. Современные методы проектирования процессов горячей объемной штамповки [Текст] / Л.Б. Аксенов, К.Н. Богоявленский// - Л.: ЛПИ.-1982, - 92 С.

13. Охрименко Я.М. Особенности течения металла в расширяющейся об-лойной щели открытого типа / Я.М. Охрименко, В.Ю. Ненашев, А.В. Юшков // Черная металлургия.: Известия высших учебных заведений. - 1975 №8

14. Корнеев А.М. Статистическая обработка экспериментальных данных [Текст]: учебное пособие / А.М. Корнеев.// - Липецк: ЛГТУ.- 2002, 70 С.

15. Володин И.М. Статистический анализ результатов экспериментальных исследований в обработке металлов давлением [Текст]: учебное пособие / И.М. Володин, П.И. Золотухин // - Липецк : ЛГТУ. - 2003, 105 С.

16. Володин И.М. Моделирования процессов горячей объемной штамповки / И.М. Володин //- М.: Машиностроение. - 2006, 256 С.

17. Кальменев В.А. Новые средства и методы экспериментального установления давления и усилия прокатки./ В.А. Кальменев // Известия вузов. Черная металлургия. - 1998. - № 1, С. 43-4

18. Воронцов А.Л. Практические расчеты параметров прошивки/ А.Л. Воронцов // КШП.ОМД. -2010. - №2, - С.3-13.

19. Гуляев Ю.Г. Математическое моделирование процессов обработки металлов давлением [Текст] / Ю.Г. Гуляев, С.А. Чукмасов, А.В. Губинский //Киев: Наукова думка.- 1986, 240 С.

20. Колмогоров В.Л. Механика обработки металлов давлением [Текст]: 2-е изд., перераб. и доп. / В.Л. Колмогоров// - Екатеринбург: Издательство Уральского государственного университета - УПИ. - 2001, 836 С.

21. Аркулис Г.Э.Теория пластичности [Текст]: учебное пособие для вузов./ Г.Э. Аркулис, В.Г. Дорогобид.// - М.: Металлургия, - 1987, 352 С.

22. Сегал В.М. Обзор современного состояния теории ОМД [Текст] /

B.М. Сегал, В.Н. Северденко // Кузнечно-штамповочное производство.- 1970.-№ 9. - С. 2-7.

23. Прандтль Л. О твердости пластических материалов и сопротивлении резанию [Текст]: в кн. Теория пластичности / Л. Прандтль //- М.: Гос. изд. иностр. литер., - 1948, С. 70-79.

24. Соколовский В.В. Теория пластичности [Текст] / В.В. Соколовский// -М.: Высшая школа. - 1969, 608 С.

25. Джонсон У. Теория пластичности для инженеров [Текст] / У. Джонсон, Н.Б. Меллор // Пер. с англ. А.Г. Овчинников. - М.: Машиностроение. - 1979

26. Губкин С.И. Теория обработки металлов давлением/ С.И. Губкин // Ме-таллургиздат. - 1947.

27. Унксов Е.П. Инженерная теория пластичности/ Е.П. Унксов // -М.: Машгиз. - 1959, 328 С.

28. Тарновский И.Я. Теория обработки металлов давлением / И.Я. Тарнов-ский, А.А. Тарновский О.А. Поздеев [и др.] //М.: Металлургиздат. - 1963, 672

C.

29. Тарновский И.Я. Деформации и усилия при обработке металлов давлением [Текст] / Н.Я. Тарновский, А.А. Поздеев, О.А. Ганаго. - М.: Машгиз. -1959, 304С.

30. Унксов Е.П. Теория ковки и штамповки [Текст]: учеб. пособие для студентов машиностроительных и металлургических специальностей вузов / Е.П.Унксов, У. Джонсон В.Л. Колмогоров [и др.] Под общ. ред. Е.П. Унксова, А.Г. Овчинникова.//-2-е изд., перераб. и доп.-М.: Машиностроение. - 1992, 720 С.

31. Томленов А.Д. Теория пластического деформирования металлов [Текст] / А.Д. Томленов// - М.: Металлургия. - 1972, 408 С.

32. Соколовский В.В. Теория пластичности [Текст] / В.В. Соколовский// -М.: Высшая школа. - 1969, 608 С.

33. Степанский Л.Г. Расчеты процессов обработки металлов давлением

[Текст] / Л.Г. Степанский.// - М.: Машиностроение. - 1979, 215 С.

34. Охрименко Я.М. Теория процессов ковки [Текст]: учебное пособие для вузов / Я.М. Охрименко, Б.А. Тюрин // - М.: Высш. Школа.- 1977, 295 С.

35. Лясников А.В. Сопротивление материалов пластическому деформированию в приложениях к процессам обработки металлов давлением [Текст] / А.В. Лясников, Н.П. Агеев, Д.П. Кузнецов [и др.] Под об. Ред. А.В. Ляснико-ва.//- СПБ.: БГТУ, ГП «Внешторгиздат-Петербург». - 1995, 527 С.

36. Гун Г.Я. Математическое моделирование процессов обработки металлов давлением / Г.Я.Гун //- М.: Металлургия.- 1983, 352С.

37. Колмогоров В.Л. Принцип возможных изменений напряженно-деформированного состояния [Текст] / В.Л. Колмогоров // Инженерный журнал. Механика твердого тела.- 1967.- № 2.- С. 143-148.

38. Marcal P.V. and King I.P. Elastic-plastic analysis of two-dimensional stress systems by the finite element method. Int. J. Mech. Sci., 9 (1967), Р. 143-155

39. Калинин Г.Г. Совершенствование технологии объемной штамповки на основе анализа формоизменения. Диссертация КТН: Ростов - на- Д., 1998.

40. Гольник Э.Р. О перспективах эффективного применения метода граничных элементов при моделировании объектов прессования [Текст] / Э.Р. Гольник, Н.И. Гундрова, Г.Г. Павлов // Кузнечно-штамповочное производство. -1997.- № 3.- С. 27-30.

41. Кондратенко В.Г. Особенности применения МГЭ к решению осесим-метричных задач холодной штамповки [Текст] / В.Г. Кондратенко, Е.Н. Шмелев // Труды МВТУ им. Баумана. -1989.- № 520.- С. 24-38.

42. Калинин Г.Г. Совершенствование технологии объемной штамповки на основе анализа формоизменения [Текст]/ Г.Г. Калинин // дис. канд. техн. наук.-Ростов-на-Дону.- 1998, 163 С.

43. Marcal P.V. and King I.P. Elastic-plastic analysis of two-dimensional stress systems by the finite element method. Int. J. Mech. Sci., 9 (1967), Р. 143-155.

44. Няшин Ю.И.Исследование напряженно-деформируемого состояния при прокатке высоких полос с помощью метода конечных элементов [Текст] /

Ю.И.Няшин, А.Н. Скороходов, И.Н. Ананьев, Н.В. Трусов. // Обработка металлов давлением. - Свердловск.- 1974.- №2.- С. 5-3.

45. Kudo H. and Matsubara S. The use of finite element method in the analysis of plastic deformation of some metal forming processes, Annals of the CIRP, 23-2 (1974), P. 219-225.

46. Трусов Н.В. Две модификации методов решения задач теории обработки металлов давлением [Текст]/ Н.В. Трусов, Ю.И. Няшин, А.Н. Скороходов, И.А.Соленников // Обработка металлов давлением. - 1976.- № 3.- С. 9-12.

47. Малинин Н.Н. Решение задач горячего формоизменения методом конечных элементов [Текст] / Н.Н. Малинин, К.И. Романов // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. - 1977. - № 8.- С. 127-131.

48. Сегал, В.М. Технологические задачи теории пластичности (методы исследования) [Текст] / В.М. Сегал.// - Минск: Наука и техника, 1977, 254 С.

49. Osakada K. A review of finite element analysis of metal forming, Proc. 4 th Int. Conf. Prod. Engg., Tokyo, (1980), Р. 44-49.

50. Поздеев А.А. Остаточные напряжения теория и приложение [Текст] / А.А. Поздеев Ю.И. Няшин, Н.В. Трусов.// - М.: Наука, 1982, 112С.

51. Биба Н.В. Математическое моделирование процесса прокатки с применением метода конечных элементов [Текст]: автореф. дис. канд. техн. наук / Н.В. Биба.// - Москва, 1983, 26 С.

52. Володин И.М. Математическая модель для расчета на ЭВМ формы заготовок, получаемых вальцовкой для последующей штамповки турбинных лопаток [Текст]: в кн.: Новые технологические процессы прокатки, интенсифицирующие производство и повышающие качество продукции/ И.М. Володин, А.Ю. Попов, В.К. Катая // Тезисы докл. Всесоюзной конф. Прокатчиков. - Челябинск, 1984, С. 119.

53. Чумаченко Е.Н. К вопросу о применении метода конечных элементов в задачах о деформировании несжимаемых сред [Текст] / Е.Н. Чумаченко, А.И. Скороходов А.И. Александрович // Известия Вузов. Черная металлургия. - 1985. - № 9. - С. 89-92.

54. Бочаров Ю.А. Решение технологических задач обработки давлением с применением метода конечных элементов [Текст] / Ю.А. Бочаров, А.В.Власов // Известия Вузов. Машиностроение. - 1988.- № 6.- С. 110-113.

55. Пруцков, Р.Н. Компьютерное моделирование влияния различных факторов на точность штамповки поковок на КГШП [Текст] / Р.Н. Пруцков, В.И. Балаганский, Л.М. Смольянинова [и др.] // Кузнечно-штамповочное производство.- 2002.- № 12.- С. 18-27.

56. Логинов Ю.Н. Исследование штамповки шаров из цилиндрических заготовок [Текст]/ Ю.Н. Логинов, С.П. Буркин, Н.Ю. Луканихин// Известия Вузов. Черная металлургия. - 2001. - № 10. - С. 34-37.

57. Унксов Е.П. Теория ковки и штамповки [Текст]: учеб. пособие для студентов машиностроительных и металлургических специальностей вузов / Е.П.Унксов У. Джонсон, В.Л. Колмогоров [и др.] Под общ. ред. Е.П. Унксова, А.Г. Овчинникова.-2-е изд., перераб. и доп.//-М.: Машиностроение, 1992, 720 С.

58. Унксов Е.П. Теория пластических деформации металлов [Текст] / Е.П. Унксов, У. Джонсон, В.Л. Колмогоров [и др.]// - М.: Металлургия, 1983, 600 С.

62. Львовский Е.Н. Статистические методы построения эмпирических формул [Текст] / Е.Н. Львовский. - М.: Высшая школа. - 1988, 239 С.

63. Драйпер Н. Прикладной регрессионный анализ [Текст]: в 2-х кн. Кн. 1 / Н. Драйпер Г. Смит.// - М.: Финансы и статистика. - 1986, 366 С.

64. Володин И.М. Статистический анализ результатов экспериментальных исследований в обработке металлов давлением [Текст]: учебное пособие / И.М. Володин П.И. Золотухин. //- Липецк : ЛГТУ. - 2003, 105 С.

65. Демидович Б.П. Основы вычислительной математики [Текст] / Б.П.Демидович, И.А. Марон// - М.: Наука. - 1970, 664 С.

66. Шуп Т. Прикладные численные методы в физике и технике [Текст] / Т. Шуп //- М.: Высшая школа. - 1990, 225 С.

67. Дьяконов В.П. Справочник по алгоритмам и программам на языке бейсик для персональных ЭВМ [Текст] / В.П. Дьяконов //- М.: Наука. - 1987, 240 С.

68. Чиченев Н.А. Автоматизация экспериментальных исследований [Текст] / Н.А. Чиченев.// - М.: Металлургия. - 1983, С. 248 - 256

69. Бард Й. Нелинейное оценивание параметров [Текст] / Й. Бард. //- М.: Статистика. - 1979, 349 С.

70. Драйпер Н. Прикладной регрессионный анализ [Текст]: в 2-х кн. Кн. 2 / Н. Драйпер, Г. Смит// - М.: Финансы и статистика. - 1987, 351 С.

71. Петрович М.Л. Регрессионный анализ и его математическое обеспечение на ЕС ЭВМ [Текст]: практическое руководство / М.Л. Петрович// - М.: Финансы и статистика. - 1982, 199 С.

72. Айвазян С.А. Статистические исследования зависимостей [Текст] / С.А. Айвазян. - М.: Металлургия. - 1968, 227 С.

73. Хайкин Б.Е. Аппроксимация эмпирических зависимостей в условиях обработки металлов давлением [Текст] / Б.Е. Хайкин// - Свердловск: УПИ. -1984, 61 С.

74. Реклетис Г. Оптимизация в технике [Текст]: в 2-х кн. Кн. 1 / Г.Реклетис, А. Рейвиндран, К. Рэтедел //- М.: Мир. - 1986, 350 С.

75. Айвазян С.А. Прикладная статистика. Исследование зависимостей [Текст]: справочное пособие / С.А. Айвазян, И.С. Енюков, Л.Д. Мешалкин.// -М.: Финансы и статистика. - 1985, 471 С.

76. Погодаев А.К. Адаптация и оптимизация в системах автоматизации и управления: монография [Текст] / А.К. Погодаев, С.Л. Блюмин.// - Липецк : ЛЭГИ. - 2003, 128 С.

77. Блюмин С.Л. Оптимальное моделирование технологических связей [Текст]: учебное пособие/ С.Л. Блюмин, А.К. Погодаев, В.В. Барышев.// - Липецк: ЛГТУ. - 1993, 68 С.

78. Блюмин С.Л. Алгоритмы блочной пошаговой линейной и нелинейной регрессии в оптимальном моделировании технологических связей [Текст] / С.Л. Блюмин, А.К. Погодаев // Известия вузов. Черная металлургия. -№ 9.1995, С. 37 - 41.

79. Корнеев А.М. Статистическая обработка экспериментальных данных [Текст]: учебное пособие / А.М. Корнеев// - Липецк: ЛГТУ. - 2002, 70 С.

80. Алексахин С.В. Прикладной статистический анализ данных : теория, компьютерная обработка, области применения [Текст]: учебно - практическое пособие для вузов. В 2-х кн. Кн. 1 / С.В. Алексахин, А.В.Балдин, В.В. Крини-цин// - М.: ПРИОР. - 1998, 336 С.

81. Свидетельство РФ об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2005611517. Множественный корреляционный и регрессионный анализ результатов экспериментальных исследований в обработке металлов давлением [Текст] / И.М. Володин, П.И. Золотухин // Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 21.05.2005.

82. Себер Дж. Линейный регрессионный анализ / Дж. Себер. //- М.: Мир. -1980, 456 С.

83. Козлов М.Ю. Методика статистической обработки экспериментальных данных [Текст] / М.Ю. Козлов, Б.А. Романцев, Е.В. Остряков // Известия вузов. Черная металлургия.- № 11.- 1991. - С. 61 - 64.

84. Физическое металловедение / Под ред. Р. Кана. Вып. 3: пер. с англ.// М.: Мир. - 1968, 484 С.

85. Салтыков С. А. Стереометрическая металлография./ С. А. Салтыков//-М.: Металлургия. - 1976, 271 С.

86. Штремель М. А. Лабораторный практикум по спецкурсу «Прочность сплавов»/ М. А. Штремель// М.: МИСиС. - 1969, 80 С.

87. Коттрелл А. X. Дислокация и пластическое течение в кристаллах. А. X. Коттрелл // М.: Металлургия. - 1978, 267 С.

88. Русаков А. А. Рентгенография металлов/ А. А..Русаков// Ч. II. М.: МИФИ. - 1969, 236 С.

89. Колачев Б. А., Ливанов В. А., Елагин В. И. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов./ Б. А., Колачев В. А., Ливанов В. И. Елагин// М.: Металлургия. - 1981, 416 С.

90. Полухин П.И. Сопротивление пластической деформации металлов и сплавов/ П.И. Полухин , Г.Я. Гун, А.М. Галкин// - М., «Металлургия».- 1976, 488 С.

91. Механические свойства металлов и сплавов при обработке металлов давлением: Справочник. 2-е изд. переработ. и дополненное . А.В. Третьяков, В.И. Зюзин - М., «Металлургия», 1973 - 223 с. стр. 373] и скорости [6, стр. 43]

92. Унксов Е.П. Инженерная теория пластичности/ Е.П. Унксов // -М.: Машгиз. - 1959, 328 С.

93. Телегин В.В. Конструктор объектной модели / В.В. Телегин // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2010610219 от 11.01.2010. Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам (РОСПАТЕНТ).

94. Телегин, В.В. Объектно-ориентированный подход и его компьютерная реализация в задачах анализа динамики машин / В.В. Телегин // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. - 2010, Т. 12, № 4(3), С. 623-628.

95. Крайнев А.Ф. Словарь-справочник по механизмам / А.Ф. Крайнев // М.: Машиностроение.- 1981, 438 С.

96. Общемашиностроительные нормативы времени на горячую штамповку //- М.:Машиностроение . Массовое, крупносерийное и серийное производство. -1964.

97. Сторожев М.В. Ковка и объемная штамповка стали. Справочник в двух томах. Т.2. / М.В.Сторожев, А.Н.Брюханов, А.В. Ребельский и др.-М.: Машиностроение. - 1968, 448 С.

98. Гольник Э.Р. О перспективах эффективного применения метода граничных элементов при моделировании объектов прессования [Текст] / Э.Р. Гольник, Н.И. Гундрова, Г.Г. Павлов // Кузнечно-штамповочное производство.- 1997.- № 3.- С. 27-30.

99. Шапошников Д.Е. Изготовление поковок на горячештамповочных прессах, Машгиз, 1962.

100 Калаганов В.А. Оценка технологических свойств СОЖ для горячей объемной штамповки / В.А. Калаганов, В.Н. Михайлов//-М.: Кузнечно-штамповочное производство. - 1986, № 11, С. 24- 25.

101. Михайлов В.Н. Исследование технологии изготовления поковок колец синхронизатора автомобиля КАМАЗ/ Михайлов В.Н. // Вести вузов Черноземья. Липецк ЛГТУ.- 2012, №4

102. Патент СССР Би 1821286. Штамп для открытой объемной штамповки поковок / Михайлов В.Н., Володин И.М., Филатов В.Д., Смирнов В.С. МПК Б211 13/02. Заявка № 4949472 от 26.06.1991. Заявитель «ОАО» КАМАЗ. Опубл. 15.06.1993. Бюл. 22.

103. Патент РФ Яи 132005. Штамп для исследования открытой объемной штамповки поковок / Михайлов В.Н., Володин А.И., Москвин А.В. Опубл. 10.09.2013. Бюл. 25.

104. Михайлов В.Н. Разработка технологии производства колец синхронизаторов методом горячей объемной штамповки / В.Н. Михайлов, А.В. Алдунин В.Н. Сургай А.В. Шапарев // В сб.: Научно-производственные и социально-экономические проблемы производства автомобиля КАМАЗ. Тезисы докл.. 6 республиканской НТК, Набережные Челны. - 1988, С.96

105. Михайлов В.Н. Разработка и внедрение в производство технологии штамповки колец синхронизаторов на Камском автомобильном заводе (КамАЗ) / В.Н. Михайлов, И.М. Володин // В кн.: Актуальные проблемы технических наук.Материалы областной научно-практической конференции ЛГТУ, Липецк. -2009, С. 78-80

106. Михайлов В.Н. Разработка и внедрение в производство технологии штамповки колец синхронизаторов на Камском автомобильном заводе (КамАЗ) / В.Н. Михайлов, И.М. Володин // В кн.: Школа молодых ученых по техническим наукам. Материалы областного профильного материала. ЛГТУ, Липецк. -2009, С. 17-22

107. Михайлов В.Н. Разработка и внедрение в производство технологии штамповки колец синхронизаторов на Камском автомобильном заводе (КамАЗ)

/ В.Н. Михайлов, И.М. Володин // В кн.: Материалы итоговой научной конференции «О научном потенциале региона и путях его развития. ЛИРО, Липецк. -2009, С. 205-210

108. Михайлов В.Н. Повышение эффективности использования материала при изготовлении колец синхронизатора автомобиля КАМАЗ»/ В.Н. Михайлов, И.М. Володин // В кн.: Материалы VII международной научно-технической конференции «Автоматизация и энергосбережение машиностроительного и металлургического производств, технология и надежность машин, приборов и оборудования», ВоГТУ, Вологда. - 2012 С. 243-246.

109. Михайлов В.Н. Совершенствование технологии изготовлении колец синхронизатора автомобиля КАМАЗ»/ В.Н. Михайлов, И.М. Володин // Тула, Известия ТуЛГУ. Технические науки. - 2013. Вып 10, С. 254-260.

110. Михайлов В.Н. Исследование технологии изготовления поковок колец синхронизатора автомобиля КАМАЗ/ В.Н. Михайлов, С.А. Маликов// Научно-технический журнал «Вестник ЛГТУ» №1. - 2014, С 82 - 89

110. Патент РФ Яи 2521929. Штамп для открытой объемной штамповки / Володин И.М., Михайлов В.Н., Приходько Д.И, Филатов Д.А. МПК Б211 13/02. Заявка №2013100403/02 от 09.01.2013. Заявитель Федеральное государственное бюджетное учреждение высшего профессионального образования «Липецкий государственный технический университет». Опубл. 10.07.2014. Бюл. 19.

111. Заявка на изобретение РФ Яи 2013146760/02. Штамп для открытой объемной штамповки поковок / Михайлов В.Н., Володин И.М., Смирнов В.С., Калашников А.А. Опубл. 27.04.2015. http://www1.fips.ru/fips_servl/fips_servlet

Список приложений

Приложение 1. Акт опытной штамповки поковок дет. 15.1770176-01 -

кольцо фрикционное синхронизатора делителя передач.

Приложение 2. Акт об использовании изобретения (типовая междуведомственная форма № Р-2) патент РФ № 1821286. Штамп для открытой штамповки Авторы: Михайлов В.Н., Володин И.М, Филатов В.Д., Смирнов В.А.

Приложение 3. Справка об использовании изобретения по патенту РФ №1821286 «Штамп для открытой штамповки» за 1994-2000 г.г.

Приложение 4. Справка об использовании изобретения по патенту РФ

№1821286 «Штамп для открытой штамповки» за 2001-2009 г.г.

Приложение 5. Сравнительный расчет максимальных изгибающих моментов в наименьшем сечении поковок колец синхронизатора делителя передач и второй передачи с облоем толщиной 1,5 мм, полученные в штампе с прямым облойным мостиком и в штампе с фигурным облойным мостиком с расширением 0,6 мм.

•УШВВЩЮ Главным инженер кузнечного „ завода -

Д. WMQ TOB

» гз

__1986 г.

Основание^: работая программа твержденная зам. технического дирек-до 8^Ь°С°Т0ВЩ ЙЙГРеГЙСЬ В ПеЧИ К5 400/10 ПРИ Температуре от^^С

Обрезку облоя Производили в штампе о2-1425-4822 по 1 шт. с каж-Брак при штамповке в штампе: 52^13^0-482^-01 - 2 шт. по наладке

Размеру остальных: поковок соответствуют чертежу. 5 шт. поковок*переда, га в лабораторию объемной термическом,обработки для проведения металл Графических исследовании. 10 шт. оставлено .для дальнейшей отработки.

1. Штамповку осуществлять в открытом-штампе по наружному и внут-

2. Объем заготовки достаточен для качественного заполнения.

3. Размеры латуни, х груб .установить ЛК11 УГМет совместно с Коль-

4, Провести механическую обработку отштшловашш х поковок с целью определения правильного распределения припусков* ДЩ УГМет и цех Ш <Зрок апрель 1386 г*

5, йо результатам металлографических исследований установить температурный интервал штамповка от до 775°© .

6, Существующий обрезной штамп не пригоден для обрезки. Обрезка должка осуществляться по наружному и внутреннему диаметру с отступ-лешем от тела поковки,

6Д, ЖЦ УГМет выдать задание на проектирование нового обрезного штампа . Срок май 1986г.

КОИиО КЗ спроектировать обрезной штамп « Срок ИШЬ. 1986г.

6.3* 01Ш, Г>ТОО,Жц КЗ изготовить обрекной штамп . Срок сентябрь

6,4. МШ УГМет, КЗ испытать обрезной штамп . Срок октябрь Шг 7. Разработать систему контролируемого подогрева штампового инструмента . Срок по дополнению к хоздоговору с МАШ Д кв. 1988 г. Приложение: протокол металлографических исследовании на X листе

в I экз

А

Начальник ТО

Нааальник ОШ

Начальник К01

Начальник ЛК1

Акт

об использовании изобретения (типовая междуведомственная форма № Р-2) патент РФ № 1821286. Штамп для открытой штамповки Авторы: Михайлов В.Н., Володин И.М, Филатов В.Д., Смирнов В.А.

К ЛИАЗ Форм 12.04025 <

Типом» ыеждуагдоыстае.нал Форм» К. Р-г //•/УУ/Ло,,, г- Уткржлвмцсу СССР 18.08.76г. М681

предприятие, органами«*/ учрсждсаае

АКТ ОБ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ПРИЛОЖЕНИЯ •С/, ¿>

Регистрационный ноыер раиноиалиторамуг предложении или авторского ' свидетельств /РА /¿¿ /¿¿'б

Название предложении ^¿¿/ЩГЩН

ьсполцчаани с «У/. Л^а*^ И ЗУ г 2

IV ¿Мои? ™—

оргаааицна. учр») (начальник цеха)

^Начальна* отдела м Члены/ коыцссии: ^

уволао-»,,,««« ,о (ииио-алХ» "подпив

ини и нюбрстатмьсгау)

_ ПОДПИСЬ Дк

"УТВЕРЗ

Зам. гай£ директора

ОАОГЙ ;6Аомике

СПРАВКА об использовании изобретения по патенту РФ № 1821286 "Штамп для открытой штамповки"

Патентообладатель: ОАО "КамАЗ"

Авторы: Михайлов В.Н., Володин И.М., Филатов В.Д., Смирнов В.А.

Внедрено - 01.05.94г.

В результате использования изобретения на кузнечном заводе ОАО "КамАЗ" преобразованного в 1998г. в ОАО "Камский кузнечный завод", за период с момент* внедрения по 31.12.2000г., после замены мехобработки штамповкой колец синхро низаторов автомобиля «КамАЗ» из латуни ЛцСКа 58-2-2-1-1, экономия латуни составила

№ Год Экономия латуни Фактический экономический

п/п тн. эффект, тыс.руб.

1. 1994 34,587 654889

2. 1995 73,780 1555621

3. 1996 213,467 1443764

4. 1997 47,485 1346775

5. 1998 8,753 247,505

6. 1999 39,814 2045,894

7. 2000 52,391 3033,637

Зам. главного инженера ОАО "КамКЗ"

Ведущий инженер по патентно-изобретательской и рационализаторской работе

А.В. Перевертов

Е.П. Рогачева

тАГ Калашников 2010г.

СПРАВКА

об использовании изобретения по патенту № 1821286 "Штамп для открытой штамповки"

Авторы: Михайлов В.Н., Володин И.М., Филатов В.Д., Смирнов В.А.

Внедрено - 01.05.94г.

В результате использования изобретения на кузнечном заводе ОАО "КАМАЗ-Металлургия" за период с 2001 года по 2009 год после замены мехобработки штамповкой колец синхронизаторов автомобиля "КАМАЗ" 1 латуни ЛцСКа 58-2-2-1-1, экономия латуни составила 1059,296 тн.

№ п/п

Год Экономия латуни, тн.

Фактический экономический эффект, тыс.руб.

2001

82,345 60,066 64,349 146,496 153,266 186,329 209,795 116,004 40,646

2621,61 2096,444 2303,473 5808,425 4684,79 8695,58 6511,979 1993,342 1599,785

2 2002

3 2003

4 2004

5 2005

6 2006

7 2007

8 2008 9 2009

ИТОГО:

1059,296

36315,428

Главный технолог

B.C. Мартюгин

Вед. инженер БСПЛРР

Е.П. Рогачева

Сравнительный расчет максимальных изгибающих моментов в наименьшем сечении поковок колец синхронизатора делителя передач и второй передачи с облоем толщиной 1,5 мм, полученные в штампе с прямым облойным мостиком и в штампе с фигурным облойным мостиком с

расширением Д1= 0,6 мм

Момент сопротивления сечения является важной геометрической характеристикой плоских сечений. Осевым моментом сопротивления сечения Жх , Жу называется отношение момента инерции 1х, по оси х проходящей через центр масс сечения и момента инерции 1у по оси у, к расстоянию от оси х и у до наиболее удаленной точки сечения утах и хтах соответственно.

I I ^

и Ж - —— (мм3) (1)

V х

тах тах

Осевыми моментами инерции 1х , 1у сечения, относительно оси у и х соответственно, называются определенные интегралы вида:

К = ]У ^; 1у = \у2 Ж (мм4), (2)

где х и у - координаты, йя - площадь элементарной площадки.

Нормальные напряжения в произвольной точке поперечного сечения балки при прямом изгибе определяются по формуле:

° = (МПа), (3)

х

где М- изгибающий момент в рассматриваемом поперечном сечении Н-м, у - расстояние от рассматриваемой точки до главной центральной оси мм, перпендикулярной плоскости действия изгибающего момента.

Для симметричных сечений относительно центральной оси из пластичных материалов, когда [<т/; = а = а (МПа). где [сг/;], а - допускаемые

напряжения для материала в МПа, соответственно на растяжение и сжатие, условие прочности (3) примет вид

(МПа)'

где Мтах - наибольший по абсолютному значению изгибающий момент

Н-м; Жх - момент сопротивления площади поперечного сечения относительно

~ з

главной центральной оси мм ; <т -допускаемое напряжение материала на изгиб МПа.

Момент сопротивления сечения 1¥х рассчитывается по формуле Жх = 1х

У max

где Ix - момент инерции относительно оси y, мм; ymax - максимальное расстояние от центра масс до наиболее удаленной точки по оси у, мм.

Максимальный изгибающий момент Мизг (Н-м) рассчитывается по формуле

мтг = <ymjvx где отах - допускаемое напряжение металла на изгиб, МПа.

За omax примем сопротивление металла деформации (gs) с учетом температуры поковки и степени накопленной деформации. Температура и степень накопленной деформации в теле поковки и в облое сильно различается, поэтому расчет максимального изгибающего момента для поковки и облоя будем производить отдельно, но относительно одного и того же центра масс. Из результатов компьютерного моделирования усредненное значение oS в облое ~ 40 МПа, в поковке ~ 30 МПа.

Для нахождения центров масс и вычисления моментов инерции используем программу Компас - 3D V10. Чертим нужное сечение поковки в системе координат х 0 у (рис. 1), задаем команды Сервис-МЦХ-Плоских фигур и указываем сечение, для которого нужно произвести расчет.

Рисунок 1.Сечение поковки кольца синхронизатора делителя передач с фигурным облоем

Узнав центр масс сечения Хс 0С Ус , чертим отдельно сечение поковки (рис.2) и облоя (рис.3) в новой системе координат. Затем, с помощью тех же команд Сервис-МЦХ-Плоских фигур, вычисляем моменты инерции 1Х поковки и облоя и измеряем расстояние наиболее удаленной от центра масс точки утах.

Рисунок 2. Сечение поковки кольца синхронизатора делителя передач

без облоя

Рисунок 3. Сечение фигурного облоя

Результаты расчета моментов сопротивления сечений поковки кольца синхронизатора делителя передач с облоем толщиной 1,5 мм в штампе с фигурным облойным мостиком и расширением Д1 = 0,6 мм (Глава 3 рис. З.1): 1х пок = 13920,02 мм4; Утах пок = 16,845 мм; 1х обл = 8026,771 мм4; Утах обл = 11,066 мм.

13920,02 „„^ , 1б 845 -826,379лш;

8026,771 „„^ ,

^Х обл = К обл 1 Ушах обл = „ ^ = 725> •

11,066

Мизг пок= пок = 30406^826,37940"9=24,791 Н-м; Мизгобл= обл = 40406^725,36740"9=29,015 №м.

Суммарный изгибающий момент: ^Мизг= Мизг пок+ Мшг обл = 24,791+29,015 =53,806 Н-м. Аналогично рассчитываем моментов геометрические характеристики сечений поковок колец синхронизтора делителя передач с облоем толщиной 1,5 мм в штампе с прямым облойным мостиком (рис.3):

К

Рисунок 3. Сечение поковки кольца синхронизатора второй передачи с

плоским облоем

1Х пок = 12338,403 мм4;

Утах пок = 16 ММ;

Ix обл = 3676,832 мм4; Утах обл = 6,843мм.

12338,403 пплле з WY =1 /у =---= 771,15 мм3;

.V пок х пок -> max пок « ^ ' '

16

3676,832 з

WX_o6n = 1хо6л 1 Ушах обл = ^ ^ = 537,313ММ .

Мизгпок= °sWxпок = 30-106-771,15-10"9=23,134 №м; Мизгобл= osWxобл = 40-106-537,3 13-10"9=21,493 №м. Суммарный изгибающий момент: ^Ми3г= Ми3г пок+ Ми3г обл = 23,134+21,493=44,627 Н-м. Полученные результаты заносим в таблицу 1.

Аналогично проведем вычисления для поковки кольца синхронизатора второй передачи.

Плоский облой: Ix пок = 16955,737 мм4;

Утах пок = 15,59 мм;

1х обЛ = 4346,858 мм4; Утах обл = 7,151 ММ.

Таблица 1 - Геометрические характеристики сечений поковки кольца синхронизатора делителя передач

Тип облоя Сечение 4 1х, мм Уmax, мм Wx, 3 мм Мизг, Н-м !мИзг, Н-м

плоский облой 3676,832 6,843 537,313 21,493 44,627

поковка 12338,403 16 771,15 23,134

поковка 13060,212 16,492 794,95 23,848

Фигурный облой 8026,771 11,066 725,367 29,015 53,806

поковка 13920,02 16,845 826,379 24,791

Жу =1 /у = 16955,737 з

X пок хпок тахпок ^^ ' '

4346,858 ГСП 3

= !Х обл / Утах обл = ? ^ = 607> 867^ ■

М^ Ио,= ^хпок = 3040(Ч087,60340-9=32,628 №м;

М^ об= обл = 40406^607,86740-9=24,315 Н-м.

2№изг= Миг пок+ Мизг обп = 32,628+24,315 =56,943 Н-м.

Фигурный облой в штампе с расширением Д1 = 0,6 мм:

1х пок = 18245,8 мм4; Утах пок = 16,203 мм; 1х обл = 9195,421 мм4; Утах обл = 11,614 мм.

... т . 18245,8 ,. _ „ я

поК = 1хпок / У тахпок = = 1 126> 075ММ

16,203

, 9195,421 _. _ -з

обл - 1хобп /Утахобл = 1 1 ^ , = 791,753лШ .

11,614

Мизгпок = а3Жхпок = 30-106-П26,075-10"9=33,782 №м; Мизг обл = ая-Жх обл = 40406^791,75340-9=31,67 Н-м.

^Мизг = Мизг пок+ Мизг обл = 33,782+31,67 =65,452 №м. Полученные результаты заносим в таблицу 2.

Таблица 2 - Геометрические характеристики сечений поковки кольца синхронизатора второй передачи

Тип облоя Сечение т 4 1х, мм Уmax, мм Wx, мм3 Мизг, Н-м !мИзг, Н-м

плоский облой 4346,858 7,151 607,867 24,315 56,943

поковка 16955,737 15,59 1087,603 32,628

Фигурный облой 9195,421 11,614 791,753 31,67 65,452

поковка 18245,8 16,203 1126,075 33,782

Таким образом, по результатам расчета, поковки кольца синхронизатора делителя передач с фигурным облоем, полученные в штампе с расширением в облойном мостике по направлению течения металла Л1 = 0,6 мм, обладают большим изгибающим моментом по сравнению с аналогичной поковкой с плоским облоем на 20,5%, а поковки кольца синхронизатора второй передачи -на 14,9 %.