Обоснование технологических параметров изготовления цилиндрических поковок при осадке на прессовом оборудовании тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.09, кандидат наук Матвеев, Сергей Валентинович

• Матвеев, Сергей Валентинович
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Матвеев, Сергей Валентинович

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

ГЛАВА 1. Обзор литературных источников. Постановка задач исследования

1.1. Кузнечно-штамповочное оборудование для выполнения операций холодной объемной штамповки

1.2. Качество поковок, изготавливаемых холодной объемной штамповкой

1.3. Факторы, влияющие на показатель качества осадки

1.4. Методы анализа и расчета точности холодной

объемной штамповки

1.4.1. Расчетно-аналитический метод

1.4.2. Опытно-статистический метод

1.5. Выводы. Цель работы и задачи исследования

ГЛАВА 2. Расчетно-аналитический метод анализа показателя качества

операций холодной объемной штамповки, выполняемых на кривошипных и винтовых прессах

2.1.Методы анализа точности выходных параметров

на основе теории параметрической чувствительности

2.2. Анализ показателей качества операции осадки на основе применения теории параметрической чувствительности

2.2.1. Анализ качественного показателя операции осадки, выполняемой на кривошипном прессе

2.2.2. Анализ качественного показателя операции осадки, выполняемой на винтовом прессе

2.3. Выводы по главе 2

ГЛАВА 3. Экспериментальное исследование качественного

показателя поковок, изготавливаемых на винтовых прессах

3.1. Экспериментальное исследование качественного показателя

операции осадки на винтовом прессе

3.2. Влияние жесткости винтового пресса

на точность поковок

3.3. Выводы по главе 3

ГЛАВА 4. Влияние погрешности наладки винтового

и кривошипного прессов на качественный показатель

осаживаемых поковок

4.1. Влияние погрешности наладки кривошипных и винтовых прессов на погрешность высотных размеров поковок при осадке

4.2. Выводы по главе 4

ГЛАВА 5. Сравнительный анализ винтовых и кривошипных

прессов по критерию показателя качества высотных размеров осаживаемых поковок

5.1. Сравнительный анализ качественного показателя цилиндрических поковок при осадке на кривошипном

и винтовом прессах

5.2. Применение результатов исследования

на действующем производстве

5.3. Выводы по главе 5

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

Список литературы

Приложения

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование технологических параметров изготовления цилиндрических поковок при осадке на прессовом оборудовании»

Введение

Повышение экономической эффективности производства диктует внедрение новых, более совершенных технологических процессов изготовления изделий и применение прогрессивных способов металлообработки. Как показывает практика, в цехах механообработки в основном преобладают дорогие способы изготовления деталей резанием с образованием стружки.

Сокращение трудоемкости обеспечения высокой точности деталей возможно с применением заготовок повышенной точности. Степень точности заготовки или степень приближения ее массы к массе готовой детали оценивают величиной коэффициента весовой точности (КВТ) [61,80]. В реальных производственных условиях в зависимости от размерно-весовых групп КВТ может достигать 30...50%, что свидетельствует о высоких потерях, связанных с образованием отходов (стружки) при обработке резанием, и необходимости освоения малоотходных технологий обеспечивающих коэффициент использования материала (КИМ) 80...90% [8,81].

Развитие машиностроения неразрывно связано с применением прогрессивных методов изготовления заготовок методами обработки металлов давлением. В современном производстве расширяется область применения процессов, основанных на холодной пластической деформации, позволяющих получать заготовки с высокими физико-механическими свойствами благодаря холодному течению металла в штампе при небольшом расходе материала. В результате применения холодной объемной штамповки (ХОШ) можно обеспечить точные размеры заготовок, высокое качество поверхности, и, следовательно, сократить, а иногда и полностью исключить, припуски на обработку резанием, то есть обеспечить энергосберегающую, малоотходную или безотходную технологию [7,62].

Дальнейшее развитие и освоение операций ХОШ связано с решением ряда научных и теоретических проблем. Их решение связано с комплексным анализом целой группы вопросов, к которым можно отнести оптимальный

выбор кузнечно-прессовых машин (КПМ) с учетом их конструктивных особенностей и характера выполняемых операций [4,12,20,82]; обеспечение высокой точности штампуемых поковок; определение факторов, позволяющих управлять точностью штамповки и определение рациональной области применения каждого типа пресса.

Подавляющая часть операций ХОШ в настоящее время выполняется на кривошипных прессах (до 85 % парка всех прессов составляют кривошипные), это связано, как утверждается, с их высокой производительностью и высокой точностью. Однако это не в полной мере отражает их преимущества перед винтовыми прессами. Винтовые прессы по сравнению с кривошипными имеют ряд недостатков - меньшую производительность и большое энергопотребление. Но наряду с недостатками, они имеют ряд преимуществ - большую энергоемкость, способность выдерживать двухкратные перегрузки. Например, для операции закрытой штамповки, когда возможна перегрузка кривошипного пресса, применение винтовых прессов более предпочтительно.

Большинство работ, в которых рассматриваются проблемы точности поковок, относятся к кривошипным и гидравлическим прессам. В этих работах выделяют факторы, влияющие на точность высотных размеров поковок. Отклонения высотных размеров поковок вызвано наличием случайных, систематических закономерно изменяющихся и систематических постоянных погрешностей. К первой группе относятся погрешности формы и размеров исходных заготовок, колебания механических свойств материала, непостоянство условий трения в полости штампа. Ко второй группе относятся изменение размеров рабочих деталей штампов вследствие износа и изменение температуры обработки, а также погрешность наладки, которая зависит от силового режима деформирования и жесткости системы «пресс -штамп», что вызывает необходимость исследования этой погрешности.

Наряду с перечисленными погрешностями исходных заготовок, технологического процесса и процесса наладки на величину погрешности

высоты поковок оказывают существенное влияние такие факторы, как коэффициент жесткости системы «пресс - штамп» и жесткость штампуемой поковки, которые, в конечном итоге, определяют степень влияния на точность поковки той или иной погрешности.

Проблемы точности штамповки на винтовых прессах для операций ХОШ изучены недостаточно. Поэтому есть необходимость определить наиболее значимые факторы, влияющие на точность поковок, штампуемых на винтовых прессах; выяснить влияние жесткости поковок и жесткости системы пресс-штамп на их точность при штамповке на винтовых прессах; определить факторы, позволяющие управлять точностью поковок.

При исследовании точности операций ХОШ целесообразно применять системный подход, согласно которому технологическая система (ТС) рассматривается как интегральное целое, объединенное единством функции и цели. Наиболее полно этому подходу соответствует теория параметрической чувствительности. Используя эту теорию, можно определить функции чувствительности выходной характеристики ТС к погрешностям технологического процесса. Функции чувствительности, отражая связь между погрешностями высоты поковок и погрешностями технологического процесса, позволяют как выполнить расчет точности поковок, так и определить возможные способы ее повышения.

Таким образом, теоретическое обоснование повышения качественного показателя цилиндрических поковок при изготовлении на винтовых прессах, является актуальной задачей.

Целью работы является повышение эффективности изготовления цилиндрических поковок на основе параметрического анализа винтовых и кривошипных прессов.

Методы исследования. В работе использованы теоретические исследования, которые базировались на основных положениях теории параметрической чувствительности и прикладной теории пластичности при обработке металлов давлением. Экспериментальные исследования

проводились на основе планирования и реализации полных факторных экспериментов с последующей статистической обработкой результатов.

Автор защищает:

— результаты теоретических исследований качественного показателя поковок на основе положений теории параметрической чувствительности;

— математические модели, описывающие влияние входных параметров на погрешность высотных размеров поковок, штампуемых на винтовых прессах;

— практические рекомендации по выбору рациональной области применения винтового пресса.

Научная новизна заключается:

— в установленном с применением функций чувствительности характере доминирующих факторов, оказывающих влияние на высотные размеры поковок, штампуемых на винтовых прессах, в которых учтены параметры поковок, характеризующие их жесткость, а также исходные погрешности при выполнении операции осадки.

Практическая значимость работы заключается:

— в предложенных практических рекомендациях по повышению качественного показателя при выполнении операции осадки-калибровки на винтовых прессах с упором в поковку;

— в определении рациональной области применения винтовых и кривошипных прессов по критерию высотных размеров поковок.

Реализация работы. Результаты работы были апробированы на Калужском заводе «КЗАЭ-Инструмент» в виде предложенных мероприятий по изменению технологического процесса изготовления заготовок детали типа «Корпус подшипника электродвигателя», что позволило снизить затраты на изготовление. Отдельные положения диссертации использованы в учебном процессе на кафедре «Технологии машиностроения» КФ МГТУ им. Н.Э. Баумана, при подготовке бакалавров направления 150700.62

«Машиностроение» и студентам, обучающимся по направлению 151001 «Технологии машиностроения» специальности 151001 «Технологии машиностроения», включены в разделы лекционных курсов «Технологии производства заготовок», «Технология машиностроения», «Основы научных исследований», а также использованы в научно-исследовательской работе студентов, при выполнении курсовых и дипломных проектов.

Апробация работы. Основные положения и материалы работы доложены и обсуждены на Всероссийской научно-технической конференции «Прогрессивные технологии, конструкции и системы в приборо- и машиностроении» (г.Калуга, 2009- 2011гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 статей, из них 6 -в рецензируемых изданиях, внесенных в список ВАК.

Структура и объем диссертации. Настоящая работа состоит из введения, пяти глав, основных результатов и выводов, списка литературы и приложений. Работа выполнена на 124 страницах машинописного текста, содержит 28 рисунков, 4 таблиц, список литературы из 99 наименований.

Во введении обоснована актуальность рассматриваемой задачи, ее научная новизна, практическая ценность работы, приведены положения, выносимые на защиту, и краткое содержание разделов диссертации.

Первая глава посвящена обзору работ, в которых рассматривались: проблема выбора пресса; вопросы, связанные с обеспечением качественных показателей поковок при выполнении операции осадки; расчетно-аналитические и опытно-статистические методы анализа погрешности высотных размеров поковок. Обоснована постановка задач исследований.

Во второй главе представлены теоретические исследования качественного показателя операций осадки выполняемых на кривошипных и винтовых прессах. Использовалась методика, основанная на положениях теории параметрической чувствительности. В основе этой методики лежит системный подход, согласно которому технологическая система рассматривается как совокупность элементов, связанных структурно и функционально. Данная методика позволяет получить функции чувствительности, характеризующие степень влияния входных параметров

технологической системы (исходных погрешностей) на выходной параметр (высотных размеров поковок).

В третьей главе представлены результаты экспериментальных исследований качественных показателей операции осадки, выполняемой на винтовом прессе. Применена методика планирования и реализации многофакторных экспериментов, в основе которой также лежит системный подход. Определены доминирующие факторы, позволяющие управлять точностью штамповки на винтовых прессах.

В четвертой главе приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований влияния погрешности наладки (настройки) кривошипных и винтовых прессов на качественный показатель высотных размеров поковок. На основе положений теории параметрической чувствительности получены выражения для коэффициентов (функций) преобразования при осадке поковки на кривошипном и винтовом прессах.

Пятая глава посвящена сравнительному анализу качественных показателей операций холодной объемной штамповки, выполняемых на винтовых и кривошипных прессах на основе теоретических и экспериментальных исследований. Приведены результаты применения основных положений работы в условиях действующего производства на Калужском заводе «КЗАЭ-Инструмент» при изготовлении заготовок для детали «Корпус подшипника электродвигателя». При использовании предложенной методики расчета погрешностей высотных размеров поковок были определены доминирующие факторы, влияющие на указанную погрешность. Предложены мероприятия по повышению точности высотных размеров поковок, которые заключались в рекомендации перевода штамповки с кривошипного пресса на винтовой.

В заключении приводятся основные результаты и выводы по выполненной работе.

В приложении содержатся акты внедрения работы в промышленности и учебном процессе.

Глава 1. Обзор литературных источников. Постановка задач

исследования

1.1. Кузнечно-штамповочное оборудование для выполнения операций

холодной объемной штамповки

Технологические процессы обработки давлением отличаются большими удельными силами сопротивления деформированию материалов (силой полезного сопротивления), значительными затратами энергии, которые имеют кратковременный так называемый пиковый характер. В связи с этим большинство кузнечно-штамповочных машин по существу являются «усилителями мощности», и в их конструкциях предусмотрены аккумуляторы, обеспечивающие возможность пикового расхода энергии, накопленной в них ранее. Различные сочетания конструкции аккумуляторов и механизмов, передающих эту энергию для преодоления полезного сопротивления, определяют многообразие кузнечно-штамповочных машин [9,16,26, 41,90,97].

В зависимости от конструкции главного исполнительного механизма и кинематики рабочего звена выделены три группы прессов: 1) кривошипные, 2) гидравлические и 3) винтовые. Первая группа характеризуется кинематически заданным характером изменения скорости, вторая и третья — произвольным характером.

В кривошипных прессах рабочий механизм - ползун перемещает обрабатывающий инструмент - штамп. Ведомым звеном исполнительного механизма является ползун, а начальным ведущим звеном — кривошип.

Основной параметр кривошипного пресса — номинальная сила, которая может быть обеспечена при движении ползуна на определенном участке хода без нарушений условий прочности и работоспособности основных деталей пресса.

Другим параметром, определяющим работу кривошипного пресса, является длина хода ползуна, определяемая как расстояние между его

и

крайними положениями. Следует отметить, что длина хода может регулироваться и как следствие изменяться скорость деформирования.

Гидравлические прессы представляют собой машину - орудие практически статического действия. Принцип работы гидравлического пресса основан на законе Паскаля.

Главным параметром гидравлического пресса является его номинальная сила, определяемая давлением жидкости в цилиндре пресса и активной площадью его рабочего плунжера.

Винтовые прессы - это кузнечно-штамповочная машина квазиударного действия, в которой для деформирования материала используется кинетическая энергия рабочих частей пресса.

Важными параметрами для винтового пресса являются - номинальная сила, определяемая при деформировании поковки, кинетическая энергия рабочих частей, максимальная сила пресса, возникающая при холодном ударе штампов.

В работах [62,72,75] отмечается, что основными параметрами для выбора пресса являются: номинальная сила, работа, закрытая высота и размеры стола; кроме того необходимо учитывать возможную перегрузку пресса как по силе, так и по мощности, способы и точность регулирования основного параметра. Также необходимо учитывать особенности технологических операций, выполняемых на прессах, их типовые силовые диаграммы.

Так, для холодной осадки-калибровки в основном применяют кривошипные прессы [4], обладающие высокой жесткостью, которая обусловлена кинематической связью рабочего звена.

Винтовые прессы целесообразно применять в мелкосерийном производстве при изготовлении жестких объемных деталей, требующих большой силы и высоких скоростей деформирования. В Германии, Франции, США и Китае для холодной осадки чаще применяют винтовые прессы,

устойчивые к перегрузкам по силе, более простые в наладке, хотя и менее производительные, чем кривошипные [12,22,92,94,99].

Анализ отечественных производственных данных показывает, что для холодной объемной штамповки (ХОШ) осесимметричных поковок диаметром до 50...70 мм из цветных и черных сплавов применяют в большинстве случаев кривошипные прессы. Однако это не сколько свидетельствует о преимуществе кривошипных прессов перед винтовыми, сколько отражает баланс парка кузнечно-прессового оборудования в цехах холодной штамповки.

Известно [41], что более 80 % всех прессов приходится на долю универсальных кривошипных прессов различного конструктивного исполнения и технологического назначения. К преимуществам можно отнести высокую жесткость[42,57], производительность и точную фиксацию крайнего нижнего положения. К существенным недостаткам относят возможность заклинивания ползуна при возникновении перегрузки, а также относительно малый рабочий ход.

Винтовые прессы [15,16,60,68,84] лишены недостатков, характерных для кривошипных прессов. Они обладают большой энергоемкостью и высоким КПД, просты по конструкции, универсальны, нетрудоемки в наладке и обслуживании, не имеют стопорных положений ползуна (заклинивание), обеспечивают стабильную точность штампованных заготовок. Скорость ползуна 0,6... 1,2 м/с является оптимальной для ХОШ различных металлов и сплавов, в том числе и труднодеформируемых. На них можно изготавливать сложные поковки за один рабочий ход ползуна.

Указанные технологические особенности винтовых прессов позволяют применять их более широко, чем кривошипные прессы, для ХОШ, особенно для труднодеформируемых поковок.

Анализируя зарубежные данные[85,87,89,92,98], необходимо отметить, что баланс винтовых прессов в парке кузнечно-прессового оборудования отличается от отечественного. В частности, в Германии доля винтовых

прессов составляет 10 % [95], в Китае - 20 % [31,78,85,95], США - 20 % [31, 77,86]. При этом винтовые прессы стали более надежными и имеют электронную систему регулирования энергии удара[9,11].

Недостатком винтовых прессов является отсутствие контроля нижнего положения ползуна. Эта проблема решается установкой в конструкцию штампа регулируемого упора. Научными коллективами МГТУ им Н.Э. Баумана, МГТУ «СТАНКИН», ЭНИКМАШа и другими созданы и испытаны штампы для штамповки с упором [15,19].

Фирма «Вайнгартен» (Weingarten, ФРГ) совместно с фирмой «Эакон» (Агесоп, Швеция) снабжают прессы установкой для автоматической смазки штампов, а также верхним и нижним выталкивателями с ходом от 50 до 200 мм. Выталкиватели могут работать с выдержкой по времени [7]. Для повышения точности контроля поковок устанавливаются пневматические датчики измерительной машины «Sigma». С целью быстрого и точного контроля новых штампов для высокоточной штамповки используют прецизионную трехмерную измерительную машину «Beta 3d, Италия», имеющую цифровое считывающее устройство [7,30,67].

Сравнивая по критерию практически достижимой точности поковок винтовые и кривошипные прессы, следует отметить, что винтовые прессы по этому критерию несколько уступают кривошипным. Так, в работах [15,58] даны следующие допуски на размеры поковок, обеспечиваемых на кривошипных прессах - ±(0,2...0,5) мм, на винтовых — ±(0,2...0,9) мм. Однако эти допуски являются обобщенными данными, которые не учитывают специфических особенностей выполнения операций ХОШ, а также характеристик поковок. Одной из характеристик, значительно влияющей на точность штамповки, является жесткость поковки, под которой понимается скорость изменения силы сопротивления поковки деформированию по перемещению деформирующей поверхности в конечный момент деформирования при достижении поковкой номинальных размеров [45,47]. Жесткость поковки определяет степень влияния параметров

кузнечно-прессового оборудования (в частности, жесткости пресса) на точность штамповки. С изменением жесткости поковок это влияние может существенно меняться [3,4,5,].

Точность штамповки на винтовых прессах может быть повышена за счет применения упоров или при штамповке с упором в штамп, а также увеличением скорости деформирования [12,15]. В случае применении упоров и выбора оптимальных скоростей деформирования, точность получаемых поковок может быть сопоставима с точностью поковок штампуемых на кривошипных прессах, а в некоторых случаях и выше.

Таким образом, в большинстве случаев выбор пресса определяется номенклатурой кузнечно-прессового оборудования, имеющегося на предприятии, и технологическими особенностями операций ХОШ, выполняемых на нем[27,51,64,96]. Если выбор осуществлять по критерию точности поковок, то в этом случае необходимо учитывать параметры самих поковок, определяющих их жесткость, а также жесткость пресса.

Конструктивным параметром кузнечно-штамповочного оборудования, влияющим на точность изготавливаемых изделий, является жесткость самого пресса[28,46,51,74]. Однако ее увеличение не всегда экономически целесообразно. Известно, что кривошипные прессы обеспечивают более высокую точность высотных размеров поковок, поскольку обладают наибольшей жесткостью. Винтовые прессы, у которых жесткость значительно ниже, чем у кривошипных прессов [15,41], как утверждается, менее точные. Однако следует отметить, что с повышением жесткости поковок влияние жесткости пресса на точность высотных размеров поковок уменьшается [45], и в данном случае целесообразно применять винтовые прессы, обладающие рядом преимуществ.

1.2. Качество поковок, изготавливаемых холодной объемной

штамповкой

Современные технологии используют прогрессивные методы и оборудование с целью повышения качества изготавливаемой продукции.

В кузнечно-штамповочном производстве малоотходность и ресурсосбережение в наибольшей степени реализуется за счет применения технологических процессов холодной объемной штамповки[1,7,37].

Повышение качества поковок, полученных обработкой давлением, позволяет за счет замены технологических процессов, основанных на резании металлов, достичь более высокого уровня механических свойств поковок, увеличение эффективности и эксплуатационной надежности деталей - за счет снижения ресурсоемкости производства поковок[2,21,24].

Такой подход возможен при ужесточении требований к исходным материалам, формообразующему инструменту и оборудованию, а также при четкой организации производственного процесса[35,36,38].

Применение формообразующих технологий при проектировании деталей, основанных на пластическом деформировании сталей и сплавов, позволяет получать поковки, близкие по формам и геометрическим размерам к заданным готовым деталям, что способствует уменьшению объема последующей механической обработки, а в ряде случаев позволяет исключить ее.

Уровень рациональной точности поковок (допуски на размеры) может быть установлен с помощью зависимостей себестоимости поковок и деталей, полученных механической обработкой[32,39,49,55].

Получение прецизионных поковок, максимально приближенных по конфигурации и размерам к готовым деталям, вызывает необходимость усовершенствования технологических процессов ХОШ, качества сырья, применения калиброванного проката, и точности исходных заготовок [13,33,36,55].

Точность размеров изготавливаемых поковок после ХОШ зависит от значительного количества факторов, где основными являются: точность изготовления инструмента; упругие деформации инструмента и машины; износ и температурные деформации формообразующих поверхностей; упругопластические деформации и температурные изменения поковки; погрешности исходной заготовки[48,50,52,54,58].

Необходимо разделять точность штамповки по высоте А/г и по размерам, перпендикулярным к направлению перемещения ползуна Ас^, т.к. на величину отклонения высотных размеров поковок и размеров, расположенных в плоскостях параллельных разъему, оказывают влияние факторы, отличающиеся по своему характеру. В частности, точность высотных размеров поковок зависит от влияния факторов, вызывающих изменение силы штамповки АР, чаще всего имеющих случайный характер. В то время как точность диаметральных размеров М, зависит от систематических постоянных и закономерно изменяющихся факторов, таких, как температурные деформации штампа, допуск на износ формообразующих поверхностей, поперечная жесткость пресса и инструмента и т.д.

Рассматривая точность диаметральных размеров, можно отметить, что суммарная погрешность размеров поковок, расположенных в плоскостях, параллельных разъему, и вызванная действием вышеперечисленных факторов, находится в границах допусков 8...9 квалитетов и практически всегда удовлетворяет требованиям точности. Кроме того, имеется достаточное количество расчетных зависимостей, позволяющих определить величину таких закономерно изменяющихся погрешностей [25]. Например, В. А. Евстратов ввел понятие оптимальной точности диаметральных размеров, исходя из экономически целесообразной необходимости в полной мере использовать ресурс стойкости штампа. Им предложены формулы для определения величин допусков в зависимости от размеров поковок и нормируемой стойкости штампа с учетом удельного износа пуансона и

матрицы, а также контактного трения для соответствующих элементов инструмента.

Точность высотных размеров поковок зависит от факторов, вызывающих изменение силы штамповки. Анализируя причины вероятностного характера нагрузки при штамповке на кривошипных прессах, Э.Ф. Богданов [13] классифицировал их по влиянию на величину деформирующей силы целой партии поковок и причин, которые дают разброс силы при штамповке отдельных поковок. Подобная классификация применена к процессам холодной листовой и объемной штамповки, а также горячей штамповки. Предложенная классификация учитывает большинство факторов, влияющих на погрешность высоты штампуемых поковок. Однако, поскольку анализ и учет погрешностей основываются на положениях математической статистики, целесообразно провести их классификацию, основываясь на теории погрешностей [5].

Совокупность факторов, влияющих на результирующую погрешность высоты поковок при ХОШ можно классифицировать в соответствии с характером их проявления:

Заключение диссертации по теме «Технологии и машины обработки давлением», Матвеев, Сергей Валентинович

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. На основании применения основных положений теории параметрической чувствительности получены функции чувствительности, характеризующие реакцию выходного параметра технологической системы на первичные погрешности (погрешность объема исходной заготовки, колебания механических свойств материала заготовки, изменения условий контактного трения в полости штампа), для расчета ожидаемой погрешности при выполнении технологической операции осадки.

2. На основе выполненных многофакторных экспериментов установлено, что при осадке цилиндрических заготовок на кривошипных и винтовых прессах наибольшее влияние на погрешность высотных размеров оказывает объемная погрешность исходных заготовок. Показано, что влияние объемной погрешности на точность высотных размеров составляет 1...7 %, колебания механических свойств материала заготовки — 1...5 %, изменения условий контактного трения в полости штампа - 0,2...3 %.

3. Выявлено, что при осадке цилиндрических поковок с учетом сохранения объема исходной заготовки на точность штамповки на кривошипных и винтовых прессах влияет деформационный параметр -степень деформации исходной заготовки по высоте. При уменьшении степени деформации погрешность высотных размеров поковок, штампуемых на винтовых, прессах снижается на 10... 15 %.

4. Установлено, что влияние погрешности наладки кривошипных и винтовых прессов на погрешность высотных размеров поковок зависит от жесткости самой поковки. С увеличением жесткости поковок погрешность увеличивается для кривошипного пресса при изменении относительных размеров поковок с а/И =2 до а/И =10 в 2 раза, для винтового — в 1,13 раза.

5. Определена рациональная область применения винтовых и кривошипных прессов по критерию «точность высотных размеров цилиндрических поковок». Кривошипные прессы целесообразно применять при штамповке цилиндрических поковок в диапазоне а/И=2 до а/И=20 с учетом погрешности наладки и степени деформации е = 0,34, винтовые прессы наиболее предпочтительны при штамповке поковок с малой степенью деформации б = 0,1 и а/И более 15, где влияние погрешности наладки постоянно.

6. Результаты работы были апробированы на Калужском заводе «КЗАЭ-Инструмент» при совершенствовании технологического процесса изготовления заготовок детали типа «Корпус подшипника электродвигателя». Замена кривошипного пресса на винтовой позволила снизить затраты на изготовление детали на 30 %. Отдельные положения диссертации использованы в учебном процессе на кафедре «Технология машиностроения» КФ МГТУ им. Н.Э. Баумана при чтении лекций по дисциплине «Технологии производства заготовок» для специальности 151.001.65 «Технологии машиностроения».

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Матвеев, Сергей Валентинович, 2014 год

Список литературы

1. Аверкиев Ю.А., Аверкиев А.Ю. Технология холодной штамповки: учебник для вузов по специальностям « Машины и технология обработки металлов давлением» и « Обработка металлов давлением». М.: Машиностроение, 1989. 304 е.: ил.

2. Аксенов Л.Б. Системное проектирование процессов штамповки. Л.; Машиностроение, 1990. 240 с.

3. Антонюк Ф.И. Анализ факторов, влияющих на точность холодной объемной штамповки в закрытом штампе // Кузнечно-штамповочное производство. 2000. №1.С. 3-5.

4. Антонюк Ф.И. Анализ и обеспечение высокой точности холодной объемной штамповки на прессах научно обоснованным выбором жесткости элементов технологической системы, дис. ... д-ра техн. наук. М., 2004. 450с.

5. Антонюк Ф. И., Вяткин А. Г. Точность холодной осадки цилиндрических заготовок, КШП ОМД. 2000. №10 С. 16 - 20.

6. Антонюк Ф.И., Вяткин А.Г. Влияние погрешности наладки кривошипных и гидравлических прессов на точность поковок, получаемых холодной объемной штамповкой // Вестник МГТУ. Сер. Машиностроение. 2002. №2 С.115-126.

7. Атрошенко А.П., Федоров В.И. Металлосберегающие технологии кузнечно-штамповочного производства. Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1990. 279 е.: ил.

8. Афонькин М.Г., Магницкая М.В. Производство заготовок в машиностроении. Л.: Машиностроение, 1988. 145 с.

9. Аюпов Тафкил Хаматдинович. Разработка конструкции и методики расчета кулачково-рычажной системы управления муфтой винтового пресса: дис. ... канд. техн. наук: 05.03.05 / Аюпов Тафкил

N

Хаматдинович; [Место защиты: Моск. гос. техн. ун-т им. Н.Э. Баумана]. Москва, 2007. 159 е.: ил. РГБ ОД, 61 07-5/5602.

10. Балакшин Б.С. Основы технологии машиностроения. М.: Машиностроение, 1969. 559 с.

11. Система дозирования кинетической энергии винтовых прессов с контролем скорости рабочих частей Бовыкин И.В. , [и др.] // Кузнечно-штамповочное производство. 1975. №12 С. 26-29.

12. Сравнительная оценка точности высотных размеров поковок при штамповке на кривошипных горячештамповочных и винтовых прессах Бовыкин И.В. и др. // Горячее формообразование металлов процессы и оборудование / под редакцией В.М. Новикова, A.B. Попова. Экспериментальный научно-исследовательский институт кузнечно-прессового машиностроения Минстанкопрома, Воронеж, 1978. С.53-70.

13. Богданов Э.Ф. Повышение стабильности и эффективности процессов штамповки // Кузнечно-штамповочное производство. 1985. №4. С.19-21.

14. Боровиков С.М. Теоретические основы конструирования, технологии и надежности. Мн.: Дизайн ПРО, 1998. 336с.

15. Бочаров Ю.А. Винтовые прессы. М., « Машиностроение», 1976. 247 с. с ил.

16. Бочаров Ю.А. Кузнечно-штамповочное оборудование: учебник для студ. высш. учеб. заведений. М.: Издательский центр « Академия», 2008. 480с.

17. Брюханов А.Н. Ковка и объемная штамповка: учебное пособие для машиностроительных вузов. М.: Машиностроение, 1975. 408 с.

18. Быковский M.JI. Точность механизмов, у которых положения звеньев описываются дифференциальными уравнениями // Известия АН СССР, ОТН. № 11. 1947.

19. Автоматизация, робототехника и гибкие производственные системы кузнечно-штамповочного производства: учебник Васильев К.И. , [и др.]. Старый Оскол: ООО «ТНТ» , 2007. 484 с.

20. Вяткин А.Г. Сравнительная оценка точности операций холодной объемной штамповки, выполняемых на кривошипных и гидравлических прессах.: дисс... канд. техн. наук: 05.03.05. / Вяткин Андрей Геннадьевич ; Москва, 2004. 199с.: ил.

21. Гришин В.М., Овчинников А.Г. Экспериментально-аналитические методы исследования пластического течения: учебное пособие по курсу « Физико-математическая теория ковка и штамповка». М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. 84 е.: ил.

22. Денчик Э.Д., Шевченко В.Е., Мякиненков В.И. Оценка технологических возможностей винтовых прессов с дугостаторным электроприводом // Кузнечно-штамповочное производство. 1980. №1 С. 22-24.

23. Дмитриев A.M., Воронцов A.JL Технология ковки и объемной штамповки. Часть 1. Объемная штамповка выдавливанием: учебник для вузов по специальности « Машины и технология обработки металлов давлением». М.: Машиностроение -1, 2005. 500 с.

24. Друянов Б.А., Непершин Р.И. Теория технологической пластичности. М.: Машиностроение, 1990. 271 с.

25. Евстратов В.А. Основы технологии выдавливания и конструирования штампов. Харьков: Вища школа, 1987. 144 с.

26. Живов Л.И. Овчинников А.Г. Кузнечно-штамповочное оборудование. Молоты. Винтовые прессы. Ротационные и электрофизические машины. - 2-е изд., перераб. и доп. Киев.: Вища шк. Головное изд-во, 1985. 279 с.

27. Живов Л.И., Овчинников А.Г., Складчиков E.H. Кузнечно-штамповочное оборудование : Учебник для вузов / под ред. Л.И. Живова. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. 560 е.: ил.

28. Журавлев А.З., Луговой Э.П., Моренко Б.Н. Определение предельно допустимых коэффициентов жесткости многопозиционных автоматов для штамповки гаек // Кузнечно-штамповочное производство. 1992. №4.С. 17-18.

29. Звороно Б.Н. О точности размеров поковок при свободной плоскостной калибровке на кривошипных прессах // Кузнечно-штамповочное производство. 1963. №4. С. 2-6.

30. Зимин А.И., Антипов H.H. Система программного управления винтовой кузнечно-штамповочной машиной // Кузнечно-штамповочное производство. 1975. №5. С. 25-27.

31. Зимин Ю.А. Кузнечно-штамповочное производство// Промышленные регионы России. 2007. №1 С.22.

32. Изготовление заготовок и деталей пластическим деформированием В.М. Авдеев, [и др.]; под ред. К.Н. Богоявленского, В.В. Риса, A.M. Шелестова. Л.: Политехника, 1991. 351 е.: ил.

33. Качество машин: Справочник: в 2 т. Т.2 / А.Г. Суслов, Ю.В. Гуляев, A.M. Дальский и др. М.: Машиностроение, 1995. 430 е.: ил.

34. Клименов В.В., Непершин Р.И. Штамповка тонких заготовок упругим инструментом: Современные достижения в области холодной объемной штамповки. М.: МДНТП им. Ф.Э. Дзержинского. 1984. С. 72-77.

35. Ковка и штамповка: справочник. В 4 т. Т.З. Холодная объемная штамповка. Штамповка металлических порошков / Под ред. A.M. Дмитриева. 2-е изд., перераб. и доп. / под общ. ред. Е.И. Семенова. М.: Машиностроение, 2010. 352 е.: ил.

36. Ковка и штамповка: справочник. В 4 т. / Т.З. Холодная объемная штамповка / Под ред. Е. И. Семенова (пред) и др. М.: Машиностроение, 1987. 193с.

37. Ковка и штамповка: справочник. В 4-х т. Т. 3 Холодная объемная штамповка / Под ред. Г. А. Навроцкого. М.: Машиностроение, 1987. 384 с.

38. Короткевич В.Г. Проектирование инструмента для пластического деформирования: учеб./ Под ред. С.А. Сарело. Мн.: Выш. шк., 2000. 383 е.: ил.

39. Корсаков B.C. Точность механической обработки. М.: Машгиз, 1961.380 с.

40. Кофанов Ю.Н. Теоретические основы конструирования, технологии и надежности радиоэлектронных средств: учебник для вузов. М: Радио и связь, 1991. 360 с.

41. Кузнечно-штамповочное оборудование: учебник

для машиностроительных вузов / под ред. А.Н. Банкетова, E.H. Ланского. 2-ое изд. перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1982. 576 с.

42. Ланской E.H. Влияние жесткости процесса штамповки на точность. // Повышение точности и автоматизация штамповки и ковки. М.: Машиностроение, 1967. С. 21-30.

43. Ланской E.H. Общий метод анализа жесткости прессов для объемной штамповки.// Кузнечно-штамповочное производство. 1969. №5. С. 29- 32.

44. Ланской E.H. Технологические факторы, влияющие на точность изделий, получаемых на одно- и двухударных автоматах // Сб. трудов ЭНИКМАШа, Воронеж: Машиностроение, 1967. С. 20-25.

45. Ланской E.H., Антонюк Ф.И. Анализ точности холодного выдавливания полых поковок статистическими методами // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка металлов давлением. 2001. №5. С. 14-20.

46. Ланской E.H., Антонюк Ф.И. Влияние жесткости кривошипного пресса на точность холодной объемной штамповки в закрытых штампах // Кузнечно-штамповочное машиностроение. Вып. 9. М.: НИИмаш, 1975. С. 7-11.

47. Ланской E.H., Артес А.Э. Вопросы точности при холодном выдавливании //Кузнечно-штамповочное производство. 1980. №9. С. 12-14.

48. Ланской E.H., Позднеев Б.М.. Влияние температурного фактора на размерную точность поковок при полугорячей объемной штамповке // Кузнечно-штамповочное производство. 1983. №4. С. 5-7.

49. Маталин А.А„ Расцова B.C. Точность, производительность и экономичность механической обработки. М.: Л.: Машгиз, 1963. 352с.

50. Миропольский Ю.А., Мельников А.К. Обоснование параметров горизонтальных прессов-автоматов для холодного выдавливания стальных деталей // Кузнечно-штамповочное производство. 1971. №2. С. 21 -23.

51. Мовшович И.Я., Горнидкип А.Я. Исследование точности деталей, получаемых вырубкой-пробивкой в специализированных переналаживаемых штампах // Кузнечно-штамповочное производство. 1989. №11. С. 29-32.

52. Непершин Р.И. Пластическое течение при сжатии диска между параллельными плитами // Машиноведение. 1968. №1. С. 97-100.

53. Новик Ф.С., Арсов Я.Б. Оптимизация процессов технологии металлов методами планирования экспериментов. М.: Машиностроение. София: Техника, 1980. 304с.

54. Нузов А.Я. Исследование влияния температурно-силовых факторов на точность поковок (применительно к процессам горячей штамповки на кривошипных прессах): дис. ... канд. техн. наук / Моск. станко-инстр. институт. М., 1963.

55. Нузов А .Я. Наладка пресса-автомата AMP - 30 на требуемый размер по высоте поковки // Труды института, Вып. №1. (33), ВНИПП, 1963.

56. Охрименко Я.М. Технология кузнечно-штамповочного производства: Учебник для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1976. 560 с.

57. Патрин А.П. Исследование жесткости горизонтально-ковочных машин: Дис. ... канд. техн. наук. / Моск. станко-инстр. институт. М., 1973. 157с.

58. Полухин П.И., Горелик С.С.. Воронцов В.К. Физические основы пластической деформации. М.: Металлургия, 1982. 584 с.

59. Поляшова М.С., Сорокин В. А. Оптимальные условия формирования структуры стали 14Х17Н2 при нагреве под ковку // Кузнечно-штамповочное производство. 1989. №6. С. 16-17.

60. Проскуряков Н.Е. Диаграмма допустимых усилий при внецентренном нагружении винтовых прессов // Кузнечно-штамповочное производство. 1990. №5. С. 31.

61. Радюченко Ю.С. Совершенствование и развитие структуры производства изделий и заготовок ковкой и объемной штамповкой в машиностроении//Кузнечно-штамповочное производство. 1988. №1. С. 2-3.

62. Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке Л.: Машиностроение, 1971. 782с.

63. Рыжов Э.В., Горленко O.A. Математические методы в технологических исследованиях. Киев: Наукова думка, 1990. 184 с.

64. Сафонов A.B. Взаимовлияние силовых и энергетических параметров кузнечно-штамповочных машин на ходе деформирования // Кузнечно-штамповочное производство. 1991. №8. С.24-25.

65. Серавин Ф.А. Об определении оптимальной жесткости винтовых фрикционных прессов // Кузнечно-штамповочное производство. 1962. №11. С. 17-24.

66. Серов Е.С., Мазурин А.Г. Выбор оптимальных параметров процесса холодного выдавливания втулок // Кузнечно-штамповочное производство. 1993. №4. С. 15-17.

67. Станкостроение Японии. М., НИИМАШ, 1970.

68. Стоколов В.Е., Банкетов А.Н. Результаты освоения серийного выпуска электровинтовых прессов с дугостаторным приводом // Кузнечно-штамповочное производство. 1991. №3. С.27-28.

69. Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением. Учебник для вузов. Изд. 4-е, перераб. и доп. М., « Машиностроение», 1977. 423 с. с ил.

70. Сторожев М.В., Середин П.И., Кирсанова С.Б. Технология ковки и штамповки цветных металлов и сплавов. М.: Высшая школа, 1967. 347с.

71. Таран В.А., Брудник С.С., Кофанов Ю.Н. Математические вопросы автоматизации производственных процессов. М.: Высшая школа, 1968. 214 с.

72. Теория ковки и штамповки: учеб. пособие для студентов машиностроительных и металлургических специальностей вузов // Е.П. Унксов, У. [и др.]; под общ. ред. Е.П. Унксова, А.Г. Овчинникова. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1992. 720 е.: ил.

73. Технология машиностроения: в 2 т. Т.1. Основы технологии машиностроения: учебник для вузов / В.М. Бурцев, [и др.]; Под ред. A.M. Дальского. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1997. 564с., ил.

74. Федоркевич В.Ф. О жесткости современных кривошипных горячештамповочных прессов // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. 2001. №5. С. 23-25.

75. Головин С.А. Физические основы пластической деформации: учеб. пособие /; Туп. гос. университет, Тула. Изд-во Тулгу, 2003. 148 с.

76. Холодная объемная штамповка: справочник под ред. д-ра техн. наук проф. Г.А. Навроцкого. М:, Машиностроение, 1973. 496с.

77. Цзян Сисянь. Анализ жесткости винтовых прессов // Кузнечно-штамповочные машины ( на китайском языке). 1990. №2.

78. Цзян Сисянь. Обзор конструкций и исследование винтовых прессов в Китае // Кузнечно-штамповочное производство. 1993. №12. С. 19-22.

79. Шофман JI.A. Приближенные решения некоторых трехмерных задач обработки металлов давлением // Кузнечно-штамповочное производство. 1969. №4. С. 16-22.

80. Шофман JI.A. Теория и расчеты процессов холодной штамповки. 2-е изд. М.: Машиностроение, 1964. 375 с.

81. Штанко М.Г. Материалоемкость продукции машиностроения. М.: Машиностроение, 1978. 200 с.

82. Эверхарт Д. Холодное прессование металлов: Пер. с англ. М.: Машиностроение, 1968. 147с.

83. Юсипов З.И., Игнатов A.JL, Ляпунов Н.И. Автоматизированная система управления технологическим оборудованием // Технология металлов, 1998. №4. С.42-45.

84. Яковенко Ф.И. Пути повышения точности штамповки на винтовых прессах//Кузнечно-штамповочное производство. 1991. №5. С.4-7.

85. Altan Т. Metal Forming. Fundamentals and Applications / Т. Altan, S. Oh, H. Gegel. - American Society for metals, Metals Park, OH, 1983. 353p.

86. American Machinist, 1969. v/ 113, nr. 2.

87. Bariani P.F. Evaluating of press stiffness in realistic operation conditions / P.F. Bariani, A. Ghiotti. - 8-th ESAFORM Conference, Cluj-Napoca, 2005.-390 p.

88. Boston J.K, Cold Impact Extrusion of Aluminum Pares "Machinery", July, 1945, P. 51, 138,

89. Current Industrial Report, 1965-1970.

90. Dipl. - Jng. H. Elsässer. Verglich Mechanische - hydraulische Pressen , Teil 1. Bleich. Rohre. Profile, 1983, 10, 30.

91. Economic Handbook of the Machine Tool Industry. NMTBA, 1971 (перевод НИИМАШа).

92. Fettes W. Cold and semi-hot flow forming // WIRE IND. 1990/ 57, №673. С. 41-43.

93. Johansen E.K. Mechanical Press Equipment for Cold Extrusion of Steel // Sheet Metal Industries, June, 1953. 476.

94. Knauss P., Scheider H. Mashinen zum Schmieden vor Turbinenschautafeln. «Werkstattstechnik» , 1971. № 6.

95. Lange К. Umformtechnic. Handbuch fur Industrie und Wissenschaft. — Band 1: Grunldlagen / K. Lange. — Springer; Verlag; Berlin; Heidelberg; New York; Tokyo, 1984. 535 p.

96. Massev T.F. The Relative Metrics of Presses for Cold Extrusion of Steel // Sheet Metal Industries, June, 1953. 479.

97. Ruger H. Hydraulische Pressen mit Mehreren NC-Arbeitsbewegungen. - Blech Rohre Profile. 1987. 34, 9. S.541-547.

98. Statistisches Handbuch fur den Maschinenbau, Frankfurt am Main, 1965-1970.

99. Steifigkeituntersuchungen an Schmiede - Exzente — pressen. Industrie anzeiger, 1983, № 103/104, v. 30, 10599.

«УТВЕРЖДАЮ» ( директор нструмент»

.Б. Сидоров

АКТ

научно-технической комиссии о внедрении на ООО «КЗАЭ-Инструмент» методики оценки точности высотных размеров поковок, изготавливаемых

на винтовых и кривошипных прессах

Настоящий акт составлен о том, что разработанная и предложенная Матвеевым C.B. методика расчета и повышения точности высотных размеров поковок, изготавливаемых холодной объемной штамповкой принята предприятием для совершенствования действующих технологических процессов.

Предложенная методика позволяет на основе анализа технологических факторов, влияющих на точность поковок, определить возможные пути повышения их точности. В частности, это достигается: 1) выбором пресса по показателю его жесткости с учетом жесткости поковки и доминирующей исходной погрешности; 2) уменьшение влияния погрешности наладки кривошипных прессов; 3) учитывать влияние погрешностей исходных заготовок и технологического процесса; 4) выбором жесткости системы пресс-штамп с учетом конструктивных параметров поковки, определяющих ее жесткость, а также особенности выполняемой технологической операции.

Наряду с этим использование методики дает возможность определить рациональную область применения винтовых и кривошипных прессов по критерию точности высотных размеров штампуемых поковок. В частности, при калибровке относительно низких заготовок применение винтовых прессов более предпочтительно, так как точность поковок, штампуемых на обоих типах прессов соизмерима, а отсутствие возможной перегрузки пресса становится дополнительным аргументом применения винтовых прессов.

Комиссия в составе:

Зам. Генерального директора по производству Начальник Технологического бюро /ш

В.В. Тютин Е.Санов

Зам. директора по научной

им. Н.Э. Баумана,

«УТВЕРЖДАЮ»

А.А. Столяров

ОБ ИСПОЛЬЗОВАНИИ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ

Работа Матвеева Сергея Валентиновича «Обоснование технологических параметров изготовления цилиндрических поковок при осадке на прессовом оборудовании» выполнена в Калужском филиале федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана» (КФ МГТУ им. Н.Э. Баумана).

Отдельные результаты кандидатской диссертационной работы аспиранта КФ МГТУ им. Н.Э. Баумана Матвеева Сергея Валентиновича, посвященной повышению качественного показателя поковок при осадке на винтовом прессе и совершенствованию технологии изготовления цилиндрических поковок на основе параметрического анализа винтовых и кривошипных прессов путем теоретического обоснования технологических режимов деформирования на основе основных положений теории параметрической чувствительности, обеспечивающих снижение металлоемкости, трудоемкости изготовления, сокращение сроков подготовки производства, использованы в учебном процессе при подготовке бакалавров направления 150700.62 «Машиностроение» и студентов, обучающихся

по специальности 151001.65 «Технология машиностроения» и включены в разделы лекционных курсов «Технологии производства заготовок», «Технология машиностроения», «Основы научных исследований», а также использованы в научно-исследовательской работе студентов, при выполнении курсовых и дипломных проектов.

Заведующий кафедрой М1-КФ, «Технология машиностроения» к.т.н., доцент

Е.Н. Малышев