Повышение эффективности изготовления трубных переходов на основе применения совмещенного процесса "раздача-обжим" тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.05, кандидат технических наук Горелова, Ирина Александровна

• Горелова, Ирина Александровна
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Горелова, Ирина Александровна

Принятые обозначения.

Введение.

1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩЕГО ПОЛОЖЕНИЯ.

1 Л. Область применения и типы трубных переходов.

1.2. Способы и устройства для получения трубных переходов.

1.3. Обзор теоретических исследований получения трубных переходов раздачей и обжимом.

1.4. Постановка целей и задач исследования.

2. ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО - ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ В ЗАГОТОВКЕ.

2.1. Анализ имеющихся работ.

2.2. Математическая модель совмещенного процесса «раздача-обжим».

2.3. Алгоритм расчета напряжений для операции совмещения обжима и раздачи.

2.4. Анализ расчета параметров для операции совмещения обжима и раздачи.

2.5. Выводы по главе.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СОВМЕЩЕННОГО ПРОЦЕССА «РАЗДАЧА-ОБЖИМ».

3.1. Цели и задачи эксперимента.

3.2. Экспериментальное исследование формоизменения заготовки.

3.3. Экспериментальные исследования влияния трения на качество штампуемых переходов и величину усилия штамповки.

3.4. Исследование зависимости усилия деформирования от технологических параметров с помощью статистических методов.

3.4.1. Методика проведения численного эксперимента.

3.4.2. Выбор варьируемых факторов и определение значений функций отклика.

3.4.3. Задание исходных данных. Реализация эксперимента и анализ полученных результатов.

3.5. Выводы по главе.

4. ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ПРОМЫШЛЕННОЙ

ТЕХНОЛОГИИ.

4.1. Методика подготовки технологического процесса.

4.2. Проектирование технологической оснастки.

4.2.1. Расчет параметров пуансона.

4.2.2. Расчет параметров матрицы.

4.3. Рациональные условия деформирования.

4.4. Технологический процесс изготовления трубных переходов методом совмещения «раздачи-обжима».

4.5. Технико-экономические показатели рассматриваемой технологии.

4.6. Выводы по главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности изготовления трубных переходов на основе применения совмещенного процесса "раздача-обжим"»

В настоящее время, когда каждый производитель старается изготовить высококачественную продукцию с наименьшими затратами, возрастает спрос на ресурсо- и энергосберегающие технологии, которые позволяют получить качественную продукцию на универсальном оборудовании с наименьшими затратами металла, электроэнергии и рабочего времени. Разработка таких технологий является важнейшей задачей, стоящей перед наукой.

Как раньше, так и сейчас, большим спросом пользуются детали из труб, а именно переходы. Они применяются в машиностроении, судостроении, самолетостроении. Без них не может обходиться нефтегазодобывающая, химическая промышленность, строительство, сельское хозяйство. Разновидности трубных переходов показаны на рисунке 1.1. [1].

Существует достаточно большое количество способов получения переходов, каждый из которых имеет свои достоинства и недостатки. Основным недостатком большинства из них является, прежде всего, необходимость предварительного нагрева. На нагрев тратится время и энергия, поэтому его желательно исключить. Отдельные способы требуют сложного специального оборудования. Это не выгодно, так как требуются дополнительные капитальные вложения. Наиболее эффективным и экономичным считается способ изготовления, при котором происходит одновременная раздача и обжим заготовки. Этот способ не требует предварительного нагрева заготовки, поскольку деталь штампуется в холодном состоянии. Штамп устанавливается на пресс с соответствующим усилием, а деталь изготавливается за один ход пресса. Все это позволяет снизить затраты электроэнергии и времени на изготовление детали, а также исключить безвозвратные потери металла.

Способ изготовления переходов совмещением обжима и раздачи был предложен В.Н. Фроловым и Ю.С. Летниковым [2]. Изучением способов изготовления трубных переходов и их совершенствованием занимались М.Н.

Горбунов, В.Н. Сапожников, В.Г. Середа, А.А.Дорожков, В.Г. Копорович, Э.А.Савченко, В.А.Купреев, А.Д. Комаров, О.М. Ситкин и др.

Данная работа посвящена теоретическому и экспериментальному исследованию процесса получения трубных переходов, при котором совмещаются операции раздачи и обжима.

Цель работы', на основе накопленного опыта, математического и натурального моделирования, выполнить комплексное исследование процесса совмещения обжима и раздачи и разработать рекомендации по повышению эффективности изготовления трубных концентрических переходов.

Для достижения указанной цели необходимо решить следующие научные задачи:

1. Осуществить математическое моделирование процесса совмещенного обжима и раздачи с целью определения основных энергосиловых параметров процесса, рациональной конструкции инструмента и условий деформирования.

2. Для поверки адекватности математической модели провести натурное моделирование процесса совмещения обжима и раздачи и сравнить с результатами, полученными с помощью математической модели.

3. Провести экспериментальное исследование и выявить влияние различных видов смазки на изменение усилия в процессе штамповки.

4. Разработать рекомендации по проектированию и изготовлению рациональной конструкции инструмента и использованию смазки.

5. Разработать методику проверки заготовки на устойчивость.

Автор выражает благодарность профессору Шеркунову В.Г. за квалифицированное руководство при выполнении данной работы, доценту Погорелову Ю.М., доценту Трусковскому В.И., инженеру Семашко М.Ю. за консультирование, советы и помощь при подготовке и проведении экспериментов, а также другим сотрудникам кафедры «МиТОМД» Южно-Уральского государственного университета за оказанное содействие в оформлении работы и создании благоприятных условий для её выполнения.

Заключение диссертации по теме «Обработка металлов давлением», Горелова, Ирина Александровна

Выводы и рекомендации

1. Анализ имеющихся литературных источников показал, что процесс изготовления переходов с Кр.0б.^ 1,47 методом совмещения «раздачи-обжима» является наиболее выгодным, производительным, безопасным и экономичным. Так как не требуется предварительного нагрева заготовки, специального оборудования и готовый переход можно получить за один ход пресса.

2. Впервые разработана методика расчета напряженного состояния в заготовке в процессе деформирования. В основе этой методики лежат уравнения теории обработки металлов давлением, а именно, уравнения равновесия, уравнения пластичности. Их совместное решение позволило рассчитать возникающие напряжения с учетом коэффициента трения, влияния изгиба, изменения толщины стенки и упрочнения. Разработана математическая модель и методика определения условий, при которых происходит потеря устойчивости заготовки и образуется дефект в виде поперечной складки. Результаты реализации математической модели представлены в виде номограммы, с помощью которой можно проверить заготовку на возможность потери устойчивости. Кроме того, варьируя такие параметры как коэффициенты трения на поверхностях контакта деформируемого металла с пуансоном и матрицей, механические свойства заготовки, геометрия заготовки и рабочего инструмента, скорость и степень деформирования, можно определить такие их значения, при которых заготовка отштампуется качественно, без образования поперечной складки.

3. Получено экспериментальное подтверждение теории о характере деформаций верхнего и нижнего торцев заготовки в зависимости от перемещения пуансона. В частности, подтверждено, что при штамповке раздача начинается раньше, чем обжим.

4. Получена зависимость изменения величины усилия деформирования от основных технологических факторов: коэффициентов трения на поверхностях контакта деформируемого металла с пуансоном и матрицей, механических свойств заготовки, геометрии заготовки и рабочего инструмента, скорости и степени деформирования. Анализ данной зависимости показал, что на усилие штамповки значительное влияние оказывают марка материала заготовки, угол конусности пуансона и матрицы, а также отношение толщины стенки заготовки к её среднему диаметру. Таким образом, чем пластичнее материал, тем меньшее усилие необходимо для деформирования. Чем больше угол конусности пуансона и матрицы и отношение толщины стенки к её среднему диаметру, тем больше усилие, возникающее при штамповке. Скорость перемещения пуансона незначительно влияет на усилие штамповки. Поэтому переходы можно штамповать как на тихоходных гидравлических, так и на кривошипных прессах.

5. Экспериментально установлено влияние трения на контактных поверхностях на качество штампуемых переходов. Выявлено, что качество обработки рабочих поверхностей инструмента и качество применяемых смазок оказывают значительное влияние на качество переходов. Чистота обработки поверхности матрицы и пуансона должна быть Яа 0,2-0,4. В качестве смазочного материала при штамповке медных заготовок рекомендуется использовать жидкое мыло или машинное масло.

6. Разработаны рекомендации по проектированию и изготовлению матрицы и пуансона. В результате экспериментальных и теоретических исследований было выявлено, что при конструировании инструмента угол конусности пуансона и матрицы рекомендуется брать равным 20°, а при изготовлении штампа необходимо соблюдать точную соосность матрицы и пуансона.

7. Сравнительный экономический расчет технологий изготовления переходов способом совмещения раздачи и обжима и способа изготовления переходов сваркой из двух половинок по технологии ОАО «Трубодеталь» выявил, что внедрение совмещенного процесса «раздача-обжим» вместо используемого в настоящее время на ОАО «Трубодеталь» способа изготовления трубных переходов позволит повысить производительность труда на 40 %, а себестоимость изделия при этом снизится на 32,3 %.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Горелова, Ирина Александровна, 2006 год

1. Сапожников В.М., Марьин Б.Н., Попов О.В. Интенсификация технологических процессов формообразования деталей из труб. М.: Машиностроение, 1995. - 176 с.

2. Горбунов М.Н. Штамповка деталей из трубчатых заготовок. М.: Машгиз, i960. - 190 с.

3. Губкин С.И Теория обработки металлов давлением. М.: Металлургиздат, 1974. - 49 с.

4. Ершов В.И., Гладков В.И., Каширин М.Ф. Совершенствование формоизменяющих операций листовой штамповки. — М.: Машиностроение, 1990. -310с.

5. Исаченков Е.И. Штамповка резиной и жидкостью. М.: Машиностроение, 1967. - 367 с.

6. Попов Е.А. Основы теории листовой штамповки. М.: Машиностроение, 1977.-278 с.

7. Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. Изд. 4, M-JL: Машиностроение, 1965. - 788 с.

8. Зубцов М.Е. Групповые методы холодной штамповки деталей — Л.:ЛДНТП. 1969. -48 с.

9. Фролов В.Н. Летников Ю.С. Заводское изготовление приварных фитингов. М.: ГОСТОПТЕХиздат, 1956, Депозитарий. - 384 с.

10. Сторожев В.М., Попов А.Е. Теория обработки металлов давлением. М.: Машиностроение, 1988.-423 с.

11. Тарновский И.Я., Поздеев A.A., Ганаго O.A. и др. Теория обработки металлов давлением. М.: Металлургиздат. 1963. - 673 с.

12. Барановский М.А. Технология листовой штамповки. Минск: Гос. изд-во БССР, 1957.-350 с.

13. Безручко И.И., Зубцов М.Е., Балакина JI.H. Обработка металлов давлением. JI.: Машиностроение, 1967. - 311 с.

14. Зубцов М.Е. Листовая штамповка. Л.: Машиностроение. 1980. - 431 с.

15. Щеглов Б.А., Есин A.A. Раздача тонкостенных трубчатых заготовок силами притяжения импульсного магнитного поля.//Кузнечно-штамповочное производство. 1971,-№4.-С. 15-18.

16. Спицын В.И., Троицкий O.A. Электропластическая деформация металлов. -М.: Наука, 1985. 160 с.

17. Попов Е.А., Бочаров Ю.Я., Поляк С.М. и др. Деформирование металла импульсным магнитным полем.//Кузнечно-штамповочное производство. 1966, - № 5. - С. 1-7; -№ 6. - С. 2-9.

18. Капорович В.Г., Середа В.Г., Дорожков A.A. Опытная обкатная машина для обкатки концов длинных и криволинейных труб.//Кузнечно-штамповочное производство. 1972. - №12. - С. 24-26.

19. Капорович В.Г. Общие принципы калибровки инструмента трения для обкатки давлением трубчатых заготовок./Юбработка металлов давлением. Труды НИИПТМАШ, вып. 8, Краматорск. 1969.

20. Капорович В.Г. Производство баллонов методом обкатки.//Кузнечно-штамповочное производство. 1963. -№ 3. - С. 21.

21. Комаров А.Д., Ситкин О.М., Мачулина К.Т. Штамповка полиуретаном трубчатых деталей типа переходников.//Кузнечно-штамповочное производство. -1973.-№12.-С. 13-16.

22. Ходыреев В.А. Применение полиуретана в листоштамповочном производстве. Пермь: Пермское книжное издательство, 1973. - 184 с.

23. Зубцов М.Е., Белов В.В. Применение полиуретана в штампах для холодной штамповки. Л.: ЛДНТП, 1976. - 40 с.

24. Исаченков Е.И. Штамповка резиной и жидкостью. М.: Машиностроение, 1967.-397 с.

25. Комаров А.Д. Штамповка листовых и трубчатых деталей полиуретаном. -Л.: ЛДНТП, 1975.-36 с.

26. Савченко Э.А., Купреев В.А. Определение параметров взрыва для обработки переходов из труб.//Кузнечно-штамповочное производство. 1981. -№1.-С. 22-23.

27. Чумадин A.C. Один из способов интенсификации процесса раздачи труб.//Кузнечно-штамповочное производство. 1990. - № 8. - С. 29.

28. Агеев Н.П., Кривицкий Б.А. Обжим тонкостенных заготовок с эластично-жидкостным подпором.//Кузнечно-штамповочное производство. 1978. - № 5 — С. 16-17.

29. Марьин Б.Н. Расчет процесса раздачи трубной заготовки пакетным способом.//Кузнечно-штамповочное производство. 1999. -№1. - С. 17-18.

30. Макарова Е.А. Изготовление деталей летательных аппаратов обжимом трубчатых заготовок.//Кузнечно-штамповочное производство. 2000. - № 3. - С. 27.

31. Марьин Б.Н. Особенности деформирования концов труб по жестким конусообразным пуансонам. // Кузнечно-штамповочное производство. 2000. -№ 10.-С. 10-12.

32. Попов Е.А. Оцхели В.Н. Анализ напряженно-деформированного состояния при обжиме трубчатых заготовок. // Кузнечно-штамповочное производство. 1973. - № 5. - С. 18-22.

33. Горбунов М.Н. Технология заготовительно-штамповочных работ в производстве самолетов. М.: Машиностроение, 1981 - 224 с.

34. Губкин С.И. Основы теории обработки металлов давлением / Под ред. Сторожева M.B. М.: Машгиз, 1959. - 539 с.

35. ВИНФРИД Петцольц (ГДР). Исследование обжима трубных заготовок. // Кузнечно-штамповочное производство. 1990. - № 5. - С. 24-26.

36. Евсюков С.А., Ильинич Д.А., Кондратенко В.Г. Штамповка деталей типа конических переходников. // Кузнечно-штамповочное производство. 1985. — № 4.-С. 14-16.

37. Аверкиев А.Ю. Формоизменение трубной заготовки при раздаче и обжиме. // Кузнечно-штамповочное производство. 2000. - № 1. - С. 6-9.

38. Аверкиев А.Ю. Формоизменение трубной заготовки при раздаче и обжиме. // Кузнечно-штамповочное производство. 2000. - № 2. - С. 7-9.

39. Аверкиев А.Ю. Формоизменение трубной заготовки при раздаче и обжиме. // Кузнечно-штамповочное производство 2000. -№ 3. - С. 7—11.

40. Аверкиев А.Ю., Аверкиев Ю.А., Белов Е.А. и др. Ковка и штамповка. Справочник в 4 т. Т.4. Листовая штамповка /Под ред. А.Д. Матвеева; Ред. совет: Е. И. Семёнов и др. М.: Машиностроение, 1985 - 1987. -544 с.

41. Колмогоров B.JI. Механика обработки металлов давлением. -Екатеринбург: Издательство ЧГТУ УПИ, 2001.-835 с.

42. Гуляев Ю.Г., Чукмасов С.А., Губинский A.B. Математическое моделирование процессов обработки металлов давлением. Киев: Наукова думка, 1986.-239 с.

43. Чиченев H.A., Кудрин А.Б., Полухин П.И. Методы исследования процессов обработки металлов давлением. М.: Металлургия, 1977. - 311 с.

44. Крауч С., Старфилд А. Методы граничных элементов в механике твердого тела. М.: Изд-во «Мир», 1987. - 327 с.

45. Шевченко К.Н. Основы математических методов в теории обработки металлов давлением. М.: Высшая школа, 1970. - 351 с.

46. Арамович И.Г., Лунц Г.Л., Эльсгольц Л.Э. Функция комплексного переменного. М.: Изд-во «Наука», 1968. - 416 с.

47. Эльсгольц Л.Э. Дифференциальные уравнения и вариационное исчисление. М.: Изд-во «Наука», 1969. - 424 с.

48. Фихтенгольц Г.М. Основы математического анализа. М.: Изд-во «Наука», 1960. - Т 2.-463 с.

49. Хензель А., Шпиттель Т. Расчет энергосиловых параметров в процессах обработки металлов давлением. Справочник. М.: Металлургия, 1982. - 360 с.

50. Гольштейн Р.В. Математические методы механики деформируемого твердого тела. М.: Изд-во «Наука», 1986. - 167 с.

51. Немин Ю.Н., Блошко Н.М. Напряженное состояние упругих цилиндров с выточками. Киев: Изд-во «Наукова думка», 1987. - 177 с.

52. Гун Г.Я. Теоретические основы обработки металлов давлением. М.: Металлургия, 1980. - 453 с.

53. Полухин П.И., Воронцов В.К. Деформации и напряжения при обработке металлов давлением. М.: Металлургия, 1974. - 335 с.

54. Колмогоров В.А. Механика обработки металлов давлением. М.: Металлургия, 1986. - 688 с.

55. Толоконников Л.А. Механика деформируемого твердого тела. М.: Высшая школа. 1979. - 319 с.

56. Чернявский А.О. Практическое применение метода конечных элементов в задачах расчета на прочность. Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2001. - 90 с.

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

58. Джонсон Н., Лион Ф. Статистика и планирование эксперимента в технике и науке. М.: Изд-во «Мир», 1980. - 608 с.

59. Смирнов-Аляев Г.А., Чикидовский В.П. Экспериментальное исследование в обработке металлов давлением. Л.: Машиностроение, 1972. -360 с.

60. Чижиков Ю.М. Теория подобия и моделирования процессов обработки металлов давлением. М.: Металлургия, 1970. - 296 с.

61. Бродский В.З. Введение в факторное планирование эксперимента. М.: Изд-во «Наука», 1976.-223 с.

62. Белоцерковный О.М. Численное моделирование в механике сплошных сред. М.: Изд-во «Наука», 1984. - 520 с.

63. Айвазян С.А. Статистическое исследование зависимостей. М.: Изд-во «Металлургия», 1968.-205 с.

64. Бусленко Н.П. Метод статистического моделирования. М.: Изд-во «Статистика», 1970. - 120 с.

65. Веденянин Г.В. Общая методика экспериментального исследования и обработки опытных данных. М.: Изд-во «Колос», 1967. - 260 с.

66. Гмурман В.Е. Введение в теорию вероятностей и математическую статистику. М.: Изд-во «Высшая школа», 1963. - 150 с.

67. Маринену И., Мойнягу И., Никулеску Р. и др. Основы математической статистики и её применение. М.: Изд-во «Статистика», 1970. - 148 с.

68. Морозов Е.Е. Математическое моделирование в научном познании. М.: Изд-во «Мысль», 1969. - 258 с.

69. Надаи А. Пластичность и разрушение твердых тел. М.: Изд-во иностранной литературы, 1954.-235 с.

70. Романовский В.И. Элементарный курс математической статистики. М.: Изд-во Госплан, 1939. - 248 с.

71. Анурьев В.И. Справочник конструктора машиностроителя. М.: Изд-во Машиностроение, 1979. - Т 3 - 558 с.

72. ГОСТ 17378-83 Детали трубопроводов стальные бесшовные приварныелна Ру=10 МПа (<100 кгс/см ) переходы. Конструкция и размеры.

73. Гусев А.Н., Липц В.П. Холодноштамповочное оборудование и его наладка. -М.: Изд-во «Высшая школа», 1967. 507 с.

74. Звороно Б.П. Расчет и конструирование штампов для холодной штамповки. М.: Изд-во «Машгиз», 1949. - 238 с.

75. Кальманович З.М. Современные конструкции холодных штампов. М.: Изд-во "Машгиз". 1949. - 79 с.

76. Геллер Ю.А. Современные штамповые стали для холодного деформирования. М.: Изд-во НПО Машпрома, 1964. - 85 с.

77. Кухтаров В.И., Кухтаров О.В. Штампы для холодной листовой штамповки. М.: Изд-во Машгиз, 1960. - 298 с.

78. Нормали машиностроения МН 878-62-МН 908-60. Штампы для холодной штамповки. Блоки и пакеты. М.: Стандартгиз, 1963.

79. Скворцов Г.Д. Основы конструирования штампов для холодной листовой штамповки. М.: Изд-во Машиностроение, 1964. - 398 с.

80. Хованский Г.С. Основы номографии. М.: Изд-во «Наука», 1976. -352 с.

81. Блох Л.С. Практическая номография. М.: Изд-во «Высшая школа», 1971.-328 с.

82. Нартова Л.Г. Курс номографии. (Конспект лекций). М.: - 1972. -90 с.

83. Хованский Г.С. Методы номографии. -М.: Вычислительный центр АН СССР, 1964.-223 с.

84. Хованский Г.С. Номография и её возможности. М.: Изд-во «Наука», 1977. -127 с.

85. Хованский Г.С. Номография сегодня. М.: Вычислительный центр АН СССР, 1990.-30 с.

86. Гавра Д.Л.Основы номографии с примерами из машиностроения. М— 1962.-163 с.

87. Г.И. Тер-Степанян. Инженерные цепные номограммы с прямолинейными шкалами. Теория, расчет, построение.- Ереван-1965.-271 с.

88. Невский Б.А. Справочная книга по номографии. М., Л., 1954. - 376 с.

89. Потапова Л.А. Основы номографии. Конспект лекций. Томск , 1997. -40 с.

90. Журавлева В.Н. Номография. Конспект лекций. -М, 1971. -90 с.

91. Хованский Г. С, Приспособляемые номограммы из равноудаленных точек. //«Номографический сборник». -1967.-№ 4. -С. 95—134.

92. Декан механико-технологическогофакультета, д.т.н., профессор1. Гузеев В.И.

93. Рис. 1. Продольные напряжения в заготовке1 х

94. Рис. 2. Окружные напряжения в заготовке

95. Рис. 3. Радиальные напряжения в заготовке1. Step 691. Strain Rate • Z/ThetI0.1120,07260.0333-0.00604 Д -0 006040.112Y1. Strain Rate -X/R0155-0.0670 Д -0.06701. О 0.155L

96. Рис. 5. Скорости деформаций радиальные1. Step 691. Strain -X/RI0.1970.0655-0,0655-0.197 Д -0.197 □ 0.1971.*

97. Рис.7 . Деформации радиальные1. Step 691. Strain-Z/ThetaI0.3470.106-0.136-0,377 Д -0.3770.347L

98. Рис. 8. Деформации окружныеf 491. Step 691. Strain Y / ZI0.2100.0834-0.04361. Л □-0.171 -0.1710.2101.X

99. Челябинская ул. 23, Челябинск, 454904 тел: • /351/ 280-09-41 (приёмная) /351/ 280-03-46, 280-06-36, 280-07-36

100. УТВЕРЖДАЮ: Директор по техническому развитиюфакс: /351/ 280-12-13,280-09-37 Е-таП: [e-mail] www.trubodetal.ru1. АКТо передаче результатов научно-исследовательской работы