Разработка методики проектирования технологического процесса высадки поковок типа стержня с фланцем с направленным волокнистым строением тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.03.05, кандидат технических наук Гудов, Андрей Александрович

• Гудов, Андрей Александрович
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Гудов, Андрей Александрович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ

ИССЛЕДОВАНИЯ.

1 Л. Технологические особенности высадки.

1.2. Волокнистое строение и предъявляемые к нему требования для поковок типа стержня с фланцем.

1.3. Способы высадки.

1.4. Существующие системы автоматизированного проектирования технологических процессов (САПР ТП) горячей объемной штамповки поковок.

1.5. Теоретические методы исследования напряжений и деформаций в обработке давлением.

1.6. Экспериментальные методы исследования напряжений и деформаций в обработке металлов давлением.

1.7. Уточнение цели и постановка задач исследования

1.8. Выводы по главе 1.

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ЭКПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ

ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1. Общие положения.

2.2. Методика физического моделирования высадки.

2.3. Методика компьютерного моделирования высадки.

2.4. Выводы по главе 2.

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ФОРМОИЗМЕНЕНИЯ И

ЗАПОЛНЯЕМОСТИ ПРИ ВЫСАДКЕ.

3.1. Показатели симметричности волокнистого строения при однопереходной и многопереходной высадке.

3.2. Экспериментальное исследование с помощью факторного планирования.

3.3. Компьютерное исследование с помощью факторного планирования

3.4. Сравнение результатов экспериментальных и компьютерных исследований.

3.5. Выводы по главе 3.

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО

ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

ВЫСАДКИ ПОКОВОК ТИПА СТЕРЖНЯ С ФЛАНЦЕМ.

4.1. Предлагаемая методика автоматизированного проектирования технологии штамповки высадкой на ГКМ поковок типа стержня с фланцем.

4.2. Выводы по главе 4.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка методики проектирования технологического процесса высадки поковок типа стержня с фланцем с направленным волокнистым строением»

В числе факторов, определяющих конкурентоспособность в машиностроении, является качество деталей, которое, в свою очередь определяется качеством заготовок. Заготовки, получаемые горячей объемной штамповкой из проката, используют для изготовления наиболее ответственных высокойагруженных деталей. Такими деталями являются подшипники, направляющие, детали типа стержня с фланцем и другие. Детали типа стержня с фланцем представляют собой большую группу деталей, которые широко применяют в промышленности, особенно в автомобилестроении. Примером может служить полуось автомобиля. Её качество зависит от выносливости. От работоспособности полуосей зависит также безопасность движения, а следовательно, и безопасность жизни людей. Увеличить срок службы этой детали можно за счёт повышения её выносливости. В таких деталях, как полуось, имеются опасные сечения. Так, например, при переходе от стержня к фланцу во время работы возникают большие знакопеременные напряжения, из-за которых в дальнейшем происходит усталость металла и поломка детали. Увеличение в этом сечении предела выносливости позволит существенно повысить износостойкость детали.

Детали типа стержня с фланцем обычно получают высадкой на горизонтально-ковочных машинах (ГКМ). Высадка - это уменьшение высоты части исходной заготовки с одновременным увеличением площади поперечного сечения. Схема высадки и относительные величины элементов высадки V, ек, Я, г/, Д а также половина угла конической полости ср показаны на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Схема и относительные величины элементов наборной высадки в коническом пуансоне на ГКМ.

Технология высадки изучена и рассмотрена в различной литературе [1,2,3,4]. Различают однонереходную высадку и высадку с наборными переходами. Возможность осуществления однопереходной высадки и необходимость проведения наборных переходов связаны, прежде всего, с размерами высаживаемого конца заготовки, которые в свою очередь, определяются необходимым объёмом фланца. При этом диаметр стержневой части поковки ~ d, а длина высаживаемой части - 1в. Отношение Ijd называют относительной длиной высаживаемой части заготовки и обозначают у/ =l,/d. С увеличением значения у/ растёт опасность потери устойчивости при высадке, появления изгиба, при котором может возникнуть зажим, ведущий к браку поковки. При высадке из проката, все поковки имеют волокнистую макроструктуру. Макроструктура наряду с другими показателями определяет качество поковок. Получение наиболее благоприятной контролируемой волокнистой макроструктуры поковки позволяет значительно повысить резервы работоспособности детали. Под контролируемой макроструктурой понимают характер искажений волокнистого строения поковки (макроструктуры), полученной на основе технологических расчётов, которая может устанавливаться с соответствующей степенью точности. Обработкой металлов давлением, варьируя разными операциями, можно получить требуемое благоприятное волокнистое строение в поковке при условии обеспечения устойчивого процесса деформации. Однако учёт волокнистого строения был предложен только для штамповки в наборных переходах [1,2]. Методики, учитывающей необходимость получения контролируемого расположения волокон в поковках типа стержня с фланцем, где имеет место упомянутая выше знакопеременная нагрузка, не имеется. Поэтому изучение этого вопроса на сегодняшний день является актуальным.

В настоящее время, с развитием научно-технического прогресса, в машиностроении предъявляются повышенные требования к срокам проектирования, повышению качества изделий и производительности труда. В результате этого происходит внедрение автоматизированного проектирования технологических процессов (ТП) в кузнечно-штамповочное производство.

При автоматизированном процессе разработки ТП технолог должен решать творческие задачи, а ЭВМ - задачи, функции которых связаны с выполнением большого объёма математических операций или умственно-формальных процессов. При этом за очень небольшой промежуток времени ЭВМ просчитывает десятки различных вариантов, а также исключает ошибки, возможные при неавтоматизированном (ручном) проектировании. При решении технологической задачи взаимодействие технолога-проектировщика с ЭВМ представляет процесс обмена информацией в двух основных режимах:

-пакетном (автоматическом); -диалоговом (оперативном).

В оперативном режиме технолог-проектировщик непосредственно связан с ЭВМ через пользовательский интерфейс, обеспечивающий достаточно быстрое получение информации в небольшой интервал времени, не нарушающий естественного хода его мысли. Этот режим является наиболее эффективным при решении творческих задач, когда требуется эвристический подход при проектировании ТП.

Наилучшая форма организации процесса проектирования достигается при применении систем автоматизирования проектных работ (САПР). САПР позволяет на основе последних достижений фундаментальных наук совершенствовать методологию проектирования, развивать математическую теорию проектирования сложных технологических систем.

Особенностью системы автоматизированного проектирования (САПР) технологии горячей объёмной штамповки (ГОШ) является комплексный характер решаемых задач. Система включает элементы конструирования поковки (штампы, шаблоны), разработки технологических процессов (штамповки) и подготовки управляющих программ для станков с числовым программным управлением (изготовление оснастки). Большое разнообразие и сложность процессов штамповки создают значительные трудности при разработке универсальных систем проектирования. Поэтому наиболее эффективным направлением в автоматизации проектирования в настоящее время является создание подсистем САПР, модулей и т.п., предназначенных для определённых видов оборудования, отдельных типов поковок, технологических процессов и т.д. На сегодняшний день существует множество методик автоматизированного проектирования технологических процессов штамповки. Для повышения качества, надёжности, долговечности деталей необходима методика автоматизированного проектирования ТП штамповки, учитывающая необходимость получения контролируемого расположения волокон в поковке. Важно, чтобы технолог при автоматизированном проектировании имел возможность спланировать технологический процесс таким образом, чтобы соблюдалось требование конструктора по расположению макроструктуры (волокон), вытекающее из назначения детали. Методика должна быть также относительно проста. Разработка и использование такой методики позволило бы значительно облегчить и ускорить проектирование технологических процессов штамповки.

Целью работы является разработка методики автоматизированного проектирования технологических процессов штамповки на горизонтально-ковочных машинах поковок типа стержня с фланцем с контролируемым волокнистым строением на основе исследования деформирования путём математического и физического моделирования.

Заключение диссертации по теме «Технологии и машины обработки давлением», Гудов, Андрей Александрович

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ литературы показал, что существующие исследования высадки на ГКМ поковок типа стержня с фланцем не учитывают расположение волокнистого строения относительно рабочих контактных поверхностей. Вместе с тем, в настоящее время можно получить любое требуемое направленное волокнистое строение на рабочих поверхностях детали, что позволит повысить стойкость и прочность по знакопеременной нагрузке, работоспособность деталей, изготавливаемых из этих поковок.

2. Разработанная методика проведения экспериментальных исследований путём физического и компьютерного моделирования высадки на ГКМ поковок типа стержня с фланцем позволила получить данные по волокнистому строению таких поковок, на основании которых была составлена таблица, показывающая расположение волокнистого строения в зависимости от соотношений размеров для большинства существующих поковок.

3. Предложена оценка степени искажения волокнистого строения с помощью коэффициентов максимального и среднего смещения Ктах и Кср и угла наклона волокон у относительно оси поковки в верхней части фланца при однопереходной и многопереходной высадке.

4. Проведённые на основе метода факторного планирования экспериментальные исследования высадки на ГКМ поковок типа стержня с фланцем позволили оценить влияние каждого фактора на расположение волокон в поковках.

5. В результате исследований получены корреляционные зависимости

Kmax=f(\|/,—), Kcp=f(\|/,—) и y=f(\j/,—), проверка адекватности которых показала н н н хорошую сходимость результатов физического и компьютерного моделирования.

6. Разработана методика автоматизированного проектирования высадки на ГКМ поковок типа стержня с фланцем с направленным расположением волокон, которая предложена для разработки технологических процессов высадки на ГКМ поковок типа стержня с фланцем, в частности, поковки полуоси грузового автомобиля на ЗАО «Рязанском заводе автоагрегатов» АМО ЗИЛ.

135

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Гудов, Андрей Александрович, 2009 год

1. Биллигман И. Высадка и штамповка: Пер. с нем. М.: Машгиз, 1960. 467с.

2. Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов. М.: Металлургия, 1976. 420 с.

3. Ковка и штамповка: Справочник; В 4-х т./ Ред. Совет: Е.И. Семенов и др. М.: Машиностроение, 1986. Т.2. Горячая штамповка; Под ред. Е.И. Семенова. 592с.

4. Зиновьев И.С. Исследование формоизменения и волокнистого строения при наборной высадке: дис. канд. техн. наук. М., 1973. 220 с.

5. Юсипов З.И., Каплин Ю.И. Обработка металлов давлением и конструкции штампов. М.: Машиностроение, 1981. 272 с.

6. Навроцкий Г.А. Кузнечно-штамповочные автоматы. М.: Машиностроение, 1965. 424с.

7. Колотенков И.В. К вопросу о влиянии макроструктуры металла на долговечность подшипников качения // Труды ВНИИ! 111. 1962. Вып. 3. С. 3-16.

8. Колотенков И.В. К вопросу о влиянии макроструктуры металла на долговечность подшипников качения // Труды ВНИИПП. 1965. Вып. 2. С. 5-17.

9. Колотенков И.В. К вопросу о повышении долговечности подшипников // Технология подшипникостроения. 1959. - Вып. 18. - С. 6-10.

10. Раузин Я.Р. Влияние макроструктуры металла на контактную выносливость и долговечность подшипников качения // Контактная прочность машиностроительных материалов: Сб. научных трудов. М.: Наука, 1964. С. 51-55.

11. Шейн А.С. Влияние ориентировки волокна на контактную усталостную прочность закаленной стали // МиТОМ. 1957. № 12. С. 61-66.

12. Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением. М.:14.