Разработка научно обоснованной технологии холодного выдавливания толстостенных стаканов при активном действии сил контактного трения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.03.05, кандидат технических наук Сидоров, Алексей Александрович

• Сидоров, Алексей Александрович
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Сидоров, Алексей Александрович

Условные обозначения

Введение

Глава 1. Состояние вопроса и постановка задач исследования

1.1. Характеристика методов изготовления полых цилиндрических деталей выдавливанием 1.1.1. Холодное выдавливание гладким пуансоном

1.1.2. Выдавливание ступенчатым пуансоном

1.1.3. Выдавливание с активными силами трения

1.1.4. Комбинированное холодное выдавливание

1.2. Влияние формы пуансона на технологические параметры холодного выдавливания

1.3. Определение степени деформации в технологических процессах холодного выдавливания

1.4. Выводы по главе 1, постановка цели и задач исследования

Глава 2. Методика проведения эксперимента

2.1. Моделирование в программном комплексе DEFORM 2D.

2.2 Регрессионный анализ

2.3. Оборудование, оснастка, основные и вспомогательные материалы для проведения эксперимента

2.4. Выводы по главе

Глава 3. Исследование холодного выдавливания деталей типа стакан

3.1. Моделирование выдавливания в программном комплексе DEFORM 2D

3.2. Эксперимент по исследованию влияния формы рабочего торца пуансона, толщины стенки и глубины выдавливания на

3.3. Эксперимент по исследованию влияния толщины стенки и хода 76 выдавливания на твердость детали типа стакан из меди Ml, стали 20 и АРМКО железа

3.4. Эксперимент по исследованию влияния сил трения, толщины стенки и хода деформирования на удельную силу выдавливания 87 детали типа «толстостенный стакан» из алюминия АД1 и стали

3.5. Выводы по главе

Глава 4. Разработка технологического процесса изготовления детали «поршневой палец» 4.1. выводы по главе

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка научно обоснованной технологии холодного выдавливания толстостенных стаканов при активном действии сил контактного трения»

Повышение качества и точности заготовок - одна из основных задач современной технологии машиностроения. Наиболее полно эта задача реализуется при использовании процессов, основанных на холодной пластической деформации. К числу наиболее прогрессивных процессов относится холодная объемная штамповка.

Холодная объемная штамповка является высокотехнологичным процессом изготовления деталей и широко используется в мировом машиностроении. Особое место среди операций объемной штамповки занимает выдавливание.

Выдавливанием получают детали различной формы и назначения, используя соответствующие способы: прямое выдавливание, обратное, комбинированное, дифференцированное, выдавливание с активными силами трения или комбинации выше приведенных способов. В отечественной и зарубежной литературе широко рассмотрены вопросы, касающиеся технологии изготовления, уменьшения удельных сил деформирования, повышения точности и качества и интенсификации производства деталей типа «тонкостенный стакан». Даны рекомендации по форме и размерам рабочего торца пуансона и схемам деформирования, обосновано применение, показана эффективность применения активных сил трения для изготовления тонкостенных стаканов, однако эти данные весьма противоречивы. Применительно к толстостенным стаканам такая информация в литературе отсутствует.

Выбор того или иного способа при производстве изделий выдавливанием требует разработки научно обоснованной технологии, позволяющей прогнозировать механические характеристики получаемых деталей на стадии проектирования технологического процесса. Кроме того, разработка рациональных технологических процессов, способствует решению задач по расширению возможностей холодного выдавливания за счёт снижения удельной силы, воспринимаемой пуансонами, нахождению оптимальной формы пуансона, и использования менее труднодеформируемых сплавов в качестве заготовок.

В данной работе рассматривается технологический процесс изготовления детали типа «толстостенный стакан» холодным обратным выдавливанием и исследуется влияние параметров холодного выдавливания на механические характеристики деталей рассматриваемого типа.

Исследование механических характеристик позволит рассматривать возможность замены дорогостоящей легированной стали на менее дорогую при обеспечении высоких механических характеристик последней благодаря упрочнению, происходящему в результате холодной деформации.

Сказанное позволяет заключить, что разработка научно обоснованных технологических процессов, способствующих расширению возможностей холодного выдавливания вследствие снижения удельной силы, воспринимаемой пуансонами, нахождения оптимальной формы пуансона, и использования менее труднодеформируемых сплавов для заготовок, а также определения рациональной схемы деформирования при выдавливании деталей типа «стакан» является новой актуальной задачей.

Автор защищает:

• преимущества разработанного технологического процесса выдавливания деталей типа «толстостенный стакан»;

• математические модели зависимости удельной силы выдавливания деталей типа «стакан» от различных факторов;

• математические модели зависимости механических характеристик от технологических параметров процесса холодного обратного выдавливания деталей типа «стакан».

Практическая ценность:

• разработана научно обоснованная методика проектирования технологического процесса производства деталей типа стаканов;

• построенные математические модели апробированы для нахождения оптимальных силовых параметров холодного выдавливания и прочностных характеристик получаемых изделий при разработке технологического процесса штамповки поршневого пальца грузового автомобиля.

Заключение диссертации по теме «Технологии и машины обработки давлением», Сидоров, Алексей Александрович

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. В результате проведенного анализа различных схем выдавливания с точки зрения минимума силы на инструменте установлено, что рациональной схемой является прямое вдавливание с активными силами контактного трения.

2. Определено, что эффективность снижения относительных удельных сил (осевых напряжений), действующих на пуансоны при холодном выдавливании деталей типа «толстостенный стакан» - 5%, что при штамповке труднодеформируемых сплавов позволит значительно увеличить стойкость пуансонов холодного выдавливания.

3. При помощи математической модели установлен оптимальный угол рабочего торца пуансона - 35° - 40°. Применение такого угла конусности торца пуансона позволяет уменьшить удельную силу на пуансоне на 7 - 13 %, в зависимости от твердости материала.

4. Проведенное исследование изменения твердости детали типа «стакан» в зависимости от толщины и высоты стенки показало увеличение твердости материала изделия в 1,6 раза на внутренней поверхности стенки стакана, по сравнению с исходной твердостью заготовки. На основании этого исследования построена математическая модель для прогнозирования твердости в стенке полученного изделия.

5. Разработанный технологический процесс изготовления детали «поршневой палец» для автомобиля «КАМАЗ» позволяет повысить коэффициент использования металла, увеличить производительность и спрогнозировать прочность изделия на стадии проектирования.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Сидоров, Алексей Александрович, 2009 год

1. Овчинников А.Г. Основы теории штамповки выдавливанием на прессах. -М.: Машиностроение, 1983. -200 с.

2. Прогрессивные технологические процессы холодной штамповки / Ф.В. Гречников, A.M. Дмитриев, В.Д. Кухарь и др. М.: Машиностроение, 1985.- 184 с.

3. Головин А.Л., Дмитриев A.M. Технология холодного обратного выдавливания ступенчатым пуансоном // Кузнечно-штамповочное производство. 1978. - №4. - С. 15 - 16.

4. Дмитриев A.M., Воронцов А.Л. Выдавливание полых цилиндрических изделий ступенчатым пуансоном // Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Машиностроение. — 2002. — № 2. — С. 94-122.

5. Чудаков П.Д., Калениченко И.С. Исследование двухстороннего холодного выдавливания // Кузнечно-штамповочное производство. 1975. — №5. - С. 4 - 5.

6. Филимонов Ю.Ф., Есин А.А. Опыт освоения холодного прессования заготовок поршневых пальцев // Кузнечно-штамповочное производство. -1967.-№1.-С. 6- 11.

7. Яшаев С.Ш. Основы дифференцированного выдавливания // Кузнечно-штамповочное производство. 1966. — №9. — С. 4 - 6.

8. Глебов И.Ф. Геометрия рабочего инструмента для холодного выдавливания металлов // Машиностроитель. 1966. - № 2. - С. 5-7.

9. Прозоров Л.В. Холодное выдавливание тонкостенных изделий //Новые исследования в области кузнечной технологии. ЦНИИТМАШ. -1950.-Кн. 32. С.87-96.

10. Граздил Ф. Научно-исследовательские работы в области холодной штамповки металлов выдавливанием // Современное состояние кузнечно-штамповочного производства. —М.: Машгиз. 1961. — С. 312-335.

11. Ковка и штамповка: справочник / под ред. А.Г. Навроцкого. Холодная объемная штамповка. М.: Машиностроение, 1987. - Т.З -384 с.

12. Холодная объемная штамповка: Справочник / Под ред. Г.А. Навроцкого. — М.: Машиностроение, 1973. -496 с.

13. Фельдман Г.Д. Холодное выдавливание стальных деталей. — М.: Машгиз., 1963.- 188 с.

14. Эверхарт Д. Холодное прессование металлов. М.: Машиностроение, 1968. - 148 с.

15. Холодное выдавливание цилиндрических деталей. из малоуглеродистой стали / Л.Б. Басовский, Е.Ф. Моисеев, И.П. Ренне, П.И. Татаринов // Кузнечно-штамповочное производство. — 1977. № 9. - С. 1416.

16. Филимонов Ю.Ф., Позняк JI.A. Штамповка прессованием. М.: Машиностроение, 1964. - 188 с.

17. Дмитриев A.M., Воронцов A.JI. Влияние формы пуансона на силу выдавливания и качество полых цилиндрических изделий // Справочник. Инженерный журнал. 2002. - № 3. - С. 16-22.

18. Дмитриев A.M., Воронцов A.JI. Холодное выдавливание полых цилиндрических изделий коническим пуансоном // Справочник. Инженерный журнал. -2002. № 4. - С. 14-20.

19. Опыт внедрения процесса холодного выдавливания деталей из среднеуглеродистых и легированных сталей / В.А. Мишунин, Ю.М. Белавин // Кузнечно-штамповочное производство. 1977. - № 3. - С. 22-25.

20. Дмитриев A.M. Исследование холодного обратного выдавливания и стойкости ступенчатых пуансонов: дис. . канд. техн. наук: 05.03.05. М. -1976.-193 с.

21. Головин В.А., Митькин А.Н., Резников А.Г. Технология холодной штамповки выдавливанием. М.: Машиностроение, 1970. 152 с.

22. Дмитриев A.M., Антошин М.А., Орлихин А.В. Определение усилия выдавливания ступенчатым пуансоном // Тр. МВТУ. 1980. - № 335 -Машины и технология обработки металлов давлением. - С. 137-145.

23. Кутяйкин В.Г. Микроструктурные исследования деформаций при осевом вдавливании пуансонов // Кузнечно-штамповочное производство. -2005.-№2. -С. 3 -6.

24. Кутяйкин В.Г., Кутяйкин О.В. Анализ микроструктуры заготовок в очаге деформации при вдавливании пуансона с плоским торцем // Кузнечно-штамповочное производство. 2007. - № 5. - С. 11 - 16.

25. Налимов В.В. Теория эксперимента. М.: Наука, 1971. - 208 с.

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

27. Кузнецов В.П., Рогожин В.Н. О холодном выдавливании полых цилиндрических изделий из малоуглеродистой стали // Кузнечно-штамповочное производство. 1972. - №6. - С. 5 - 8.

28. Оленин Л.Д. Расчет технологических переходов и конструирование инструмента для холодного комбинированного выдавливания // Кузнечно-штамповочное производство. 1972. - №1. - С. 9 - 12.

29. Басовский Л.Е., Моисеев Е.Ф., Ренне И.П. Холодное обратное выдавливание цилиндрических деталей из малоуглеродистой стали // Кузнечно-штамповочное производство. 1977. — №9. — С. 14 - 16.

30. Шехтер В.Я. Характеристика деформаций при обратном прессовании // Кузнечно-штамповочное производство. 1966. - №5. - С. 15 -17.

31. Овчинников А.Г., Дмитриев A.M. Холодное выдавливание полых цилиндрических изделий с активными силами трения // Кузнечно-штамповочное производство. 1981. - №6. - С. 24 - 26.

32. Семенов И.Е. Исследование влияния ACT при выдавливании изделий коробчатой формы // Кузнечно-штамповочное производство. 1981. - №6. - С. 32 - 34.

33. Бережной В.Л., Мороз Б.С. Разработка способов выдавливания с активным действием трения // Кузнечно-штамповочное производство. 1984. -№2.-С. 8- 10.

34. Охрименко Я.М., Бережной B.JI. Прессование с активным действием сил трения // Кузнечно-штамповочное производство. 1968. — №1. -С. 10-14.

35. Филимонов Ю.Ф., Позняк JI.A. Штамповка прессованием. М.: Машиностроение, 1964. - 188 с.

36. Митькин А.Н. Определение усилий при холодном выдавливании. — М.: НИИТавтопром, 1957. 17 с.

37. Даниленко В.Я. Исследование состояния смазочного покрытия и его влияние на процесс холодного выдавливания стальных деталей: Дисс. . канд. техн. наук: 05.16.05. Харьков, 1976. - 125 с.

38. Оптимизация технологических процессов и конструкций штампов для холодного и полугорячего выдавливания: Методические рекомендации / НПО «ВИСП», ХПИ им. В.И. Ленина. М.: ВНИИТЭМР, 1989. - 192 с.

39. Штампы и инструменты для холодной и объёмной штамповки / В.В. Ефстифеев, В.В. Грязнов, В.П. Кокоулин и др. Омск, 1975. - 139 с.

40. Холодная и полугорячая объёмная штамповка на прессах: Методические указания / В.А. Головин, В.А. Евстратов, Л.И. Рудман и др. -М.: НИИМАШ, 1982 г. 73 с.

41. Дмитриев A.M. Методы факторного планирования эксперимента в обработке давлением: учебное пособие для вузов / A.M. Дмитриев, Н.В. Коробова, В.П. Ступников. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1999. - 105с.

42. Афанасьева Г.И., Евстратов В.А. О причинах выхода из строя пуансонов для холодного выдавливания стальных деталей // Кузнечно -штамповочное производство. 1974. - №4. - С. 9 -12.

43. Евстратов В.А., Ерёмин В.И. Пути повышения стойкости пуансонов для холодного выдавливания // Автомобильная промышленность. 1981. — № 11.-С. 30-31.

44. Дмитриев A.M., Воронцов A.JI. Определение технологических параметров выдавливания полых цилиндрических изделий // Справочник. Инженерный журнал. -2002. № 2. — С. 10-17.

45. Дмитриев A.M., Воронцов A.JI. 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.

46. Акт об эффективности результатов выполненных исследований

47. Считаем, что в результате выполненной диссертационной работы промышленные предприятия, в частности, выпускающие автомобили, могут получить существенный экономический эффект.1. Зав. кафедрой

48. Обработки металлов давлением СГАУ им. ак. С.П. КоролеваD-s^pP^&t^f д.т.н., проф. Попов И.П.