Разработка и исследование технологии горячей штамповки воротниковых фланцев на гидравлическом прессе двойного действия тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.03.05, кандидат технических наук Николаев, Виталий Вячеславович

• Николаев, Виталий Вячеславович
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Николаев, Виталий Вячеславович

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1.АНАЛИЗ ПРОМЫШЛЕННЫХ И ЛИТЕРАТУРНЫХ ДАННЫХ ПО ИЗГОТОВЛЕНИЮ ВОРОТНИКОВЫХ ФЛАНЦЕВ МЕТОДАМИ 9 ГОРЯЧЕЙ ШТАМПОВКИ.

1.1. Воротниковые фланцы и промышленный уровень производства поковок.

1.2. Работы по совершенствованию технологии штамповки фланцев и прогрессивное прессовое оборудование.

1.3. Расчеты силовых параметров и возможные методы изучения пластического формоизменения металла для разработки процессов штамповки воротниковых фланцев.

1.4. Выводы и постановка задач исследований.

Глава 2. РАЗРАБОТКА ЦЕЛЕСООБРАЗНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ГОРЯЧЕЙ ШТАМПОВКИ ФЛАНЦЕВ НА ГИДРАВЛИЧЕ- 41 СКОМ ПРЕССЕ ДВОЙНОГО ДЕЙСТВИЯ.

2.1. Исходные требования к разработке схем и их оценочных показате- 41 лей.

2.2. Разрабатываемые схемы и последовательности технологических 43 переходов

2.3. Оценочный анализ схем.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и исследование технологии горячей штамповки воротниковых фланцев на гидравлическом прессе двойного действия»

В связи с интенсивным развитием нефтегазовой добывающей промышленности РФ возросла роль машиностроения, обслуживающего эту отрасль.

Приварные плоские и «воротниковые» фланцы являются одними наиболее часто используемых деталей в конструкциях трубопроводов, арматуры, аппаратов, резервуаров и машин нефтегазового и водораспределительного машиностроения.

Основная масса воротниковых фланцев изготовляется по требованиям ГОСТ-ов 12815-80,12816-80 и 12821-80 из углеродистых, конструкционных, легированных, коррозионно-стойких и жаропрочных сталей. Стандарты допускают изготовление поковок воротниковых фланцев ковкой, штамповкой, гибкой и сваркой листового материала, раскаткой колец и другими методами.

Массовое производство поковок фланцев осуществляется облойной штамповкой на универсальных кривошипных горячештамповочных прессах (КГШП). Максимальные габариты штампуемых фланцев на КГШП силой 125 МН ограничиваются диаметром условного прохода равным 400-500 мм. При этом облойная штамповка ведется за несколько операций с удельными силами более 400 МПа. Коэффициент использования металла (КИМ) при облойной штамповке составляет (0,8-0,85). Фланцы с большими диаметрами условного прохода (500-1000 мм) штампуют на молотах и гидравлических прессах за три-четыре операции (осадка, облойная штамповка, обрезка облоя и пробивка отверстия). При этом коэффициент использования металла находится в пределах 0,78-0,8. Основными производителями этих фланцев являются заводы армотуростроения с мелкосерийным и серийным производством.

В связи с ростом выпуска арматуры для нефтегазового комплекса совершенствованию технологических процессов штамповки фланцев придается все большее значение.

На кафедре СПД МГТУ «СТАНКИН» разработан новый технологический процесс безоблойной штамповки фланцев на гидравлических прессах двойного действия. Это оборудование позволяет осуществлять формообразование поковок с локальным воздействием инструмента на металл поковки, что вдвое снижает силы штамповки. Применяя при этом заготовки кольцево

Ф го типа, штамповка осуществляется за один ход ползуна пресса, а коэффициент использования металла повышается до 0,97.

Однако внедрение в промышленность этого способа штамповки воротниковых фланцев сдерживается из-за отсутствия научно-обоснованных рекомендаций по выбору схем штамповки применительно к использованию прессов двойного действия, а также по конструированию специальных штампов.

Таким образом работа, посвященная разработке и исследованию технологии безоблойной штамповки воротниковых фланцев на прессах двойно

• го действия является актуальной.

Целью настоящей работы является экономия металла и снижение количества операций штамповки воротниковых фланцев с использованием гидравлических прессов двойного действия применительно к мелкосерийному и серийному производству.

Для достижения вышеуказанной цели в работе ставились следующие задачи:

-разработать технологические схемы с последовательностями переходов штамповки воротниковых фланцев применительно к использованию гидравлического пресса двойного действия;

-разработать рекомендации по применению разрабатываемых схем и последовательностей переходов для выбора наилучшего варианта штамповки поковок фланцев;

-создать расчетные зависимости для оценки активных и реактивных нагрузок, возникающих при реализации схем с получением кольцевой части фланца поперечным выдавливанием;

- на основе исследования пластического формоизменения металла в схемах с использованием осадки кольцевой заготовки, отбортовки и утонения втулочной части фланца, дать рекомендации по конструированию штампового инструмента;

-провести сравнительный анализ разрабатываемых технологических схем в отношении снижения технологических нагрузок, сформулировать требования к конструкции и силовым параметрам гидравлических прессов двойного действия, отвечающим требованиям технологии штамповки фланцев разрабатываемыми методами.

Научная новизна работы заключается в:

- последовательном переходе операции осадки кольцевой заготовки в отбортовку с утонением при горячей объемной штамповке воротниковых фланцев на гидравлическом прессе двойного действия.

Теоретические исследования выполнены с применением современных методов расчета прикладной теории пластичности и программы Qform/3D моделирования объемной штамповки.

Экспериментальные исследования выполнены в лаборатории кафедры «СПД» МГТУ «СТАНКИН» и ОАО «АХК ВНИИМЕТМАШ».

Достоверность результатов теоретических исследований подтверждена хорошей сходимостью с результатами экспериментальных исследований.

Практическая ценность работы заключается:

- в рекомендациях, позволяющих осуществить выбор целесообразного технологического варианта штамповки фланцев на гидравлическом прессе двойного действия в зависимости от условий производства;

- в рекомендациях по конструированию штампового инструмента для схем штамповки с использованием осадки, отбортовки кольца и утонения стенки втулочной части фланца;

- в разработке требований к конструкции и силовым параметрам специализированных гидравлических прессов двойного действия.

Материалы диссертации были доложены и обсуждались на научном семинаре кафедры «СПД» МГТУ «СТАНКИН», на Всероссийской научно-технической конференции «Новые материалы и технологии НМТ-2004».

Основные положения диссертации изложены в шести печатных работах. Новизна совокупности технологических приемов штамповки фланца с осадкой кольцевой заготовки, отбортовкой и утонением стенки втулочной части фланца подтверждена патентом РФ №2245211 с приоритетом от 04 апреля 2003 г.

Заключение диссертации по теме «Технологии и машины обработки давлением», Николаев, Виталий Вячеславович

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

1. На основе анализа промышленных и литературных данных показано, что одним из наиболее перспективных путей снижения количества операций штамповки и металлоемкости мелкосерийного и серийного производства воротниковых фланцев является технология их горячей безоблойной штамповки на гидравлических прессах двойного действия.

2. Установлено, что для диапазона диаметров условного прохода воротниковых фланцев от 500 до 1000 мм целесообразно использовать схему безоблойной штамповки, сочетающую осадку кольцевой заготовки и отбор-товку с утонением стенки. Этот способ штамповки снижает количество операций до двух, осуществляемых за один рабочий ход ползуна гидравлического пресса двойного действия. При этом достигается повышения коэффициента использования металла до 0,97.

3. В результате исследований даны рекомендации по конструированию и расчету формообразующих частей полуматриц и пуансона. При этом, как было подтверждено экспериментами угол конуса верхней полуматрицы равен 12°, а половинный угол конуса пуансона-прошивня 18°.

4. Исследования разработанных технологических схем показали, что реализация процесса штамповки из кольцевых заготовок по сравнению с штамповкой из цельной заготовки позволит снизить (на 50-75%) потребные силы штамповки за счет локального воздействия сил на поверхность поковки.

5. Анализ технологических возможностей разработанной схемы показал, что фланцы с развитой втулочной частью необходимо штамповать на прессе двойного действия методом комбинированного выдавливания. Получены зависимости по расчету технологических сил штамповки. Эксперименты показали удовлетворительную сходимость практических данных с расчетными (в пределах 88-90%).

6. Учитывая особенности разработанных технологических схем, выявлена потребность в гидравлических прессах двойного действия с номинальными силами от 6,3 до 120 МН на наружном ползуне. Силы внутреннего ползуна могут быть равными силам наружного ползуна или значительно меньшими в зависимости от номенклатуры штампуемых изделий.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Николаев, Виталий Вячеславович, 2005 год

1. Фланцы арматуры, соединительных частей и трубопроводов, Сборник стандартов, М.,1989. «ГОССТАНДАРТИЗДАТ».98 С.

2. Справочник «Ковка и штамповка» под.ред. Е.И. Семенова, Т2.М., «Машиностроение», 1986 г.592 С.

3. Гринфельд Л. А., Агеенко В. А. Автоматическая линия для производства заготовок крупных колец и бандажей колец // Кузнечно-штамповочное производство. 1998. № 12. С. 20-22.

4. Артес А. Э. Совершенствование технологии производства поковок фланцев // Кузнечно-пггамповочное производство. 2000. № 1. С. 15—17.

5. Крук А. Т., Федоркевич В. Ф. Штамповка поковок фланцев трубопроводов на тяжелых кривошипных горячештамповочных прессах // Кузнечно-пггамповочное производство. 1999. №6. С. 35-40.

6. Артес А. Э., Лыжников ЕЖ, Николаев В.В. Штамповка фланцев из трубных заготовок И Кузнечно-пггамповочное производство. 2003. № 7. С. 8—9.

7. Илъинич Д.А., Кондратенко В.Г., Щеглов А.и., Фомченков А.Т., Евсюков С.А. Штамповка поковок типа плоских колец и фланцев // Кузнечно-штамповочное производство. 1985. № 4. С.28-30

8. Попов Е.А. Основы теории листовой штамповки, М., «Машиностроение». 1977.227 С.

9. В.Веронски, КЛеник, Обработка при горячей объемной штамповке осесимметричных поковок с фланцем // Кузнечно-штамповочное производство. 1988.№2.С.18-19

10. Мошнин Е.Н., Ромашко Н.И., Щерба О.В., Однодушный Ю.Л.,

11. Лукьяненко Ю.Л. Технология изготовления патрубков крупногабаритных толстостенных сосудов// Кузнечно-штамповочное производство. 1999.№2. С.10-13.

12. Барков В. С. Безоблойная штамповка в разъемных матриц поковок с фланцем//Кузнечно-штамповочное производство. 1983.№9. С. 17-19.

13. Смурое A.M. Из опыта разработки, освоения и внедрения штампов с разъемной матрицей для металлоэкономной штамповки стальных поковок//Кузнечно-штамповочное производство. 1992.№6. С.5-8.

14. Сергеев А. Г., Логинов С.Ю. Совершенствование штамповки фланцевых поковок поперечным выдавливанием // Кузнечно-штамповочное производство. 1998. № 2. С. 30-32.

15. Николаев В.В. и др. «Способ горячей штамповки фланца со втулкой» Патент РФ №2245211 с приоритетом от 04 апреля 2003 г. Россия. бюл.№3 2005 г.

16. Каржан В.В. Прогрессивная технология и оборудование для обработки давлением // Кузнечно-штамповочное производство. 1985. № 8.С. 10-13.

17. Каржан В.В. Создание нового кузнечно-прессового оборудования и совершенствование его парка на базе прогрессивных технологических процессов ОМД// Кузнечно-штамповочное производство. 1986. № 1.С.7-9.

18. Сафонов А.В., Мажуров И.З. Винтовые прессы двойного действия для малоотходной штамповки в штампах с разъемными матрицами // Кузнечно-штамповочное производство. 1986. № 5.

19. Орестова JI.M. Отечественное кузнечно-штамповочное оборудование на выставке «Металлообработка-84» // Кузнечно-штамповочное производство. 1984. № 4.С.32-35.

20. Типикин В.Ф., Кожевников В.И., Половина И.Н. Москалюк С.Е., Терещенко И.А. Экспериментальные исследования пресса П2038А для штамповки заготовок колец железнодорожных подшипников // Кузнечно-пггамповочное производство. 1983. № 9.С.26-80.

21. Рогозншов ИА. Технологические возможности горячештампо-вочного пресса тройного действия. В сборнике научных трудов кафедры СПД МГТУ «СТАНКИН».2004.

22. Полухин ИИ., Гунн Р.Я., Галкин A.M., Справочник. Сопротивление пластической деформации металлов и сплавов. М. «Металлургия». 1983.448С.

23. Шофман JI.A. Основы расчета процессов штамповки прессования. М., 1961.340 С.

24. Артес А. Э., Рогозников П.А., Николаев В.В. Рационализация штамповки фланцевых переходов // Кузнечно-пггамповочное производство ОМД. 2004. № 7. С. 44—46.

25. Николаев В.В. Разработка технологии горячей штамповки фланцев с развитой втулочной частью// Кузнечно-пггамповочное производство ОМД. 2004. № 6. С. 13—15.

26. Николаев В.В. и др. «Способ горячей штамповки фланца со втулкой» Патент РФ №2245211 с приоритетом от 04 апреля 2003 г. Россия. бюл.№3 2005 г.

27. Николаев В.В. Совершенствование технологии штамповки фланцев из трубных заготовок // Сборник трудов всероссийской научно-технической конференции «Новые материалы и технологии НМТ-2004». Москва: Изд-во МАТИ,2004.-с.215

28. Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением. М.,»Машиностроение». 1977.423 С.

29. Степанский Л.Г. Расчеты процессов обработки металлов давлением. М., «Машиностроение». 1979.213 С.

30. Аверкиев Ю.В. Обжим-раздача трубных заготовок // Кузнечно-штамповочное оборудование //М. 1977 №8.С.26-28.

31. Аверкиев Ю.В., Башков Б.В. Отбортовка с утонением стенки // Кузнечно-штамповочное производство // М. 1976 №9 с.21-22.

32. Овчинников А.Г. Основы теории штамповки выдавливанием на прессах. М., «Машиностроение». 1983.199С.

33. Барков B.C., Подрабинник Л.И. Силовые параметры штамповки выдавливанием в разъемных матрицах поковок с фланцем // Кузнечно-штамповочное производство. 1979 №12 с. 1-3.

34. Гелец Ш. Расчет усилий и энергии при пластической деформации металлов. Пер. с венгерского. М. Металлургиздат,1958.419С.

35. Томсен Э., Янг Ч, Кобаяти III. Механика пластических деформаций при обработке металлов. Пер. с англ. М., Машиностроение, 1969.504 С.

36. Унксов Е.П. Инженерная теория пластичности. Методы расчета усилий деформирования. М., Машгиз, 1959.328 С.

37. Экджермен Н., Алтан. Модульный анализ геометрии и напряжений при объемной штамповке.- Конструирование и технология машиностроения. Труды Американского общества инженеров-механиков. Пер. с англ. М., Мир, 1972,№4, С.64-74.

38. Перлин И.Л., Райтбарг Л.Х. Теория прессования металлов, М., Металлургия, 1975. 448 С.

39. Перлин И.Л., Ерманок М.З. Теория волочения, М., Металлургия, 1975. 448 С.

40. Целиков А.И. Теория расчета усилий в прокатных станах. М., Ме-таллургиздат 1962.494 С.

41. Целиков А.И., Гришков А.И. Теория прокатки, М., Металлургия, 1970.358 С.

42. Губкин С.И. Пластическая деформация металлов, ТЗ. М., Метал-лургиздат, 1961, 306 С.

43. Лейбензон Л.С. Курс теории упругости. М. Гос. Из-во технико-теоретической литературы, 1947. 464 С.

44. Качанов Л.У1. Основы теории пластичности, M.-JL, Наука, 1969.420 С.

45. Соколовский В.В. Теория пластичности. М., Высшая школа, 1969.

46. Томленое А.Д. Теория пластического деформирования металлов. М., Металлургия, 1972. 408 С.

47. Теория обработки металлов давлением / И.Я. Тарновский, А.А. Поздеев, О.А. Гонаго и др. М., Металлургиздат, 1963. 672 С.

48. Алюшин Ю.А., Рудас Г.Я. Кинематически возможные поля скоростей из жестких блоков для процессов трехмерной деформации. Известия Вузов. Черная металлургия, 1973, №10, С.68-72.

49. Джонсон В., Кудо X. Механика процесса выдавливания металла. Пер. с англ. М., Металлургия, 1965. 174 С.

50. Нагпал В. Общие кинематические возможные поля скоростей в некоторых осесимметричных задачах формоизменения металла. Труды Американского общества инженеров-механиков. Пер. с. Англ. М., Мир, 1974, №4, 106-112.

51. Прессование алюминиевых сплавов/ Г.Я.Гун, В.И. Яковлев, Б.А. Прудковский и др. М., Металлургия, 1974. 336 С.

52. Avitzur В. Memal forming: processes andanalysis. Mc-Graw Hill Book company, N.J. 1968, p 500

53. Алексеев Ю.Н. Введение в теорию обработки металлов давлением, прокаткой и резанием. Харьков, изд. Харьковского госуниверситета, 1969.108 С.

54. Kudo Н. An upper-bound арр roach to plane-strain fonging and extu-sior-International jornal of mechanical sciences, 1960, 1, p. 57-83.

55. Бэкофен В. Процессы деформации. Пер. с англ. М., Металлургия, 1977. 288 С.

56. Степанский Л.Г. О профилировании матриц для прессования. //Кузнечно-пггамповочное производство, 1968, №08, С. 1-3.

57. Тарновский И.Я., Скороходов А. Н., Илюкович Б.М. Элементы теории прокатки сложных профилей. М., Металлургия, 1972. 352 С.

58. Макаров Э.С. Верхнеграничные решения некоторых технологических задач теории неоднородной пластичности.- В кн. Обработка металлов давлением. Тула, Тульский политехнический ин-т, 1971, С. 3-25.

59. Горячая штамповка и прессование титановых сплавов/ JI.A. Никольский, С.З. Фиглин. В.В. Бойцов и др. М., Машиностроение, 1975. 285 С.

60. Тепловые процессы при обработке металлов и сплавов давлением/ Н.И. Яловой, М.А. Тылкин, П.И. Полухин, Д.И. Васильев. М., Высшая школа, 1973.631 С.

61. Малинин Н.Н. Прикладная теория пластичности и ползучести. М., Машиностроение, 1975.400 С.

62. Олъшак В., Рыхлеевский Я., Урбановский В. Теория пластичности неоднородных тел. Пер. с польского. М., Мир, 1964. 156 С.

63. Смирнов-Аляев Г.А., Чикидовский В.П. Экспериментальные исследования в обработке металлов давлением. JL, «Машиностроение». 1972.-360С.

64. Чиненое Н.А., Кудрин А.Б, Полухин П.Н. Методы исследования процессов обработки металлов давлением.-М. «Металлургия». 1977.311С.

65. Дель Г.Д., Новиков Н.А., Метод делительных сеток.-М. «Машиностроение», 1972-144С.

66. А.Мазурин. Моделирование холодной и горячей объемной штамповки в Qform // САПР и Графика №9 2001. С. 18-29.

67. Биба Н.В., Лишний А.И., Садыхов О.Б., Стебунов С.А. Система ФОРМ-2Д и моделирование технологии горячей объемной штамповки // Кузнечно-штамповочное производство. 1994.№7.С.8-12

68. Гунн Г.Я., Биба Н.В., Садыхов О.Б., Стебунов С.А., Лишний А.И.

69. Автоматизированная система Форм-2Д для расчета формоизменения в процессе штамповки на основе метода конечных элементов. // Кузнечно-пггамповочное производство. 1992.№10.С.20-23

70. Биба Н.В. Разработка и применение программы моделирования трехмерной объемной штамповки Qform 2D/3D // САПР и Графи-ка.2001 .№9.С .14-16

71. Стебунов С.А., Гучучкин Ю.В., Шакуров JI.A. Опыт применения системы ФОРМ-2Д в производственной практике // Кузнечно-штамповочное оборудование. 1993 .№10.С. 15-20

72. Биба Н.В., Лишний А.И., Садыхов О.Б., Стебунов С.А. Решение практических задач горячей объемной штамповки с применением системы ФОРМ-2Д//Кузнечно-штамповочное производство. 1994.№7.

73. Биба Н.В., Лишний А.Н., Стебунов С.А. Эффективное применение моделирования для разработки технологии штамповки // Кузнечно-штамповочное производство. 2001.№5.С,26-30.

74. Справочник «Ковка и штамповка» под.ред. Е.И. Семенова, Т1.М., «Машиностроение», 1986 г.567 С.

75. Трубы и металлопрокат: Справочник.М.: Интерресурс, 2001. 56 с.

76. Патент РФ №2245211 с приоритетом от 04 апреля 2003 г.