Разработка процессов производства полых ступенчатых деталей и сборки разъемных соединений холодным выдавливанием тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.03.05, кандидат технических наук Герасимов, Владимир Витальевич

• Герасимов, Владимир Витальевич
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Герасимов, Владимир Витальевич

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ

ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Анализ способов изготовления деталей сложной формы.

1.1.1. Способы изготовления стаканов и втулок с внешним фланцем. 1 1.1.2 Способы изготовления стаканов с дном сложной формы и узлов «стакан - дно переходное».

1.2. Анализ выдавливания спаренных заготовок.

1.3. Анализ влияния отдельных факторов на величину деформирующей силы при холодном выдавливании.

1.4. Теоретические исследования обратного выдавливания.

1.5. Выводы из литературного обзора, постановка цели и задач исследования.

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1. Схема операции выдавливания двухполостного стакана с фланцем, имеющего в полости со стороны фланца внутренний осевой отросток.

2.2. Схема сборки полых деталей способом холодного выдавливания.

2.3. Методика проведения теоретических исследований.

2.3.1. Применение энергетического метода для решения задачи обратного выдавливания пуансоном с рабочим торцом в виде усеченного конуса.

2.3.2. Методика определения силы, необходимой для разъединения сборочного узла.

2.4. Методика проведения экспериментальных исследований.

2.4.1. Исследуемые материалы, оборудование, технологическая оснастка для получения ступенчатого стакана с осевым отростком.

2.4.2. Исследуемые материалы, оборудование, технологическая оснастка для сборки холодным выдавливанием.

2.5. Методика проведения исследований влияния основных параметров процесса на качество получаемого изделия и удельную силу выдавливания.

Выводы по главе 2.

ГЛАВА 3. ТЕЧЕНИЕ МЕТАЛЛА В СТУПЕНЧАТОЙ

ПОДВИЖНОЙ МАТРИЦЕ ПРИ ВЫДАВЛИВАНИИ ПОЛЫМ ПУАНСОНОМ, ДЕФЕКТЫ ИЗДЕЛИЯ И ПУТИ ИХ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ

3.1. Течение металла и дефекты при комбинированном выдавливании полым пуансоном в ступенчатой подвижной матрице.

3.2. Проведение экспериментов.

Выводы по главе 3.

ГЛАВА4. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ОБРАТНОГО

ВЫДАВЛИВАНИЯ СТАКАНОВ ПУАНСОНОМ С РАБОЧИМ ТОРЦЕМ В ФОРМЕ УСЕЧЕННОГО КОНУСА

4.1. Исследование обратного выдавливания по традиционной схеме

4.2. Исследование процесса обратного выдавливания с активными силами трения.

Выводы по главе 4.

ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ СБОРОЧНОГО СОЕДИНЕНИЯ СПОСОБОМ ОБРАТНОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ СПАРЕННЫХ ЗАГОТОВОК 154 5Л. Установление влияния различных факторов, влияющих на качество сборки деталей обратным выдавливанием.

5.2. Проведение экспериментов, определяющих влияние отдельных факторов на качество сборки деталей.

5.3. Расчет силы, раскрывающей разъем сборочного соединения.

5.4. Методика проектирования технологического процесса сборки разъемов способом обратного выдавливания спаренных заготовок.

5.5. Разработка технологического процесса сборки деталей способом обратного выдавливания спаренных заготовок.

Выводы по главе 5.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка процессов производства полых ступенчатых деталей и сборки разъемных соединений холодным выдавливанием»

Перспективы развития машиностроения тесно связаны с вопросом применения в производстве новых процессов получения деталей и заготовок. К числу прогрессивных способов получения изделий относится обработка металлов давлением и, в частности, один из ее видов, штамповка методом холодного выдавливания. Эта технология позволяет изготовлять поковки, по {|)ОрМ£ и размерам приближающиеся к машиностроительным деталям, и тем самым сводить к минимуму последующую обработку резанием. Этим обеспечивается малоотходная и безотходная технология. Коэффициент использования металла при холодном выдавливании достигает 95-98%. Штамповка холодным выдавливанием обеспечивает высокую производительность труда при значительном повышении надежности деталей в эксплуатации и способна создавать «безлюдные» технологии (1).

Расширение области применения холодной объемной штамповки является важной задачей для увеличения экономической эффективности изготовления деталей. Решение этой задачи становится возможным в результате разработки новых схем деформирования, которые позволяют снизить удельные деформирующие силы.

Для получения сложных деталей, в частности, полых деталей с фланцем применяется холодное комбинированное выдавливание. Этот способ имеет ряд преимуществ:

-снижение удельной деформирующей силы по сравнению с прямым и обратным выдавливанием ;

-сокращение числа переходов, что приводит к уменьшению трудоемкости изготовления деталей.

Одним из направлений расширения области применения холодной объемной штамповки является обратное выдавливание спаренных заготовок, которое позволяет получать не только отдельные детали по безотходной технологии, но и сборочные узлы.

Широкое использование процессов холодного комбинированного выдавливания и обратного выдавливания спаренных заготовок сдерживает ряд причин. К их числу относят отсутствие надежных рекомендаций по расчету силовых, деформационных и кинематических параметров процесса выдавливания.

Данная работа посвящена расширению области применения холодного выдавливания путем разработки и исследования двух процессов холодного осесимметричного выдавливания. Первый процесс представляет собой комбинированное выдавливание двухполостных цилиндрических деталей со ступенчатой наружной поверхностью и осевым отростком. Второй процесс - это изготовление узла обратным выдавливанием спаренных заранее спрофилированных заготовок.

В работе установлены следующие, имеющие научную новизну, положения.

Холодное комбинированное выдавливание двухполостных цилиндрических деталей с фланцем и осевым отростком из ступенчатой заготовки при активном действии сил контактного трения и натяжение за фланец происходит при удельных силах на пуансоне, равных (1,9.2,5)с8.

Процесс получения соединения способом обратного выдавливания спаренных заготовок происходит при установленной в работе форме профиля этих заготовок.

Силовые и кинематические параметры процессов обратного выдавливания пуансоном, имеющим форму рабочего торца в виде усеченного конуса, могут с достаточной для практического использования точностью быть рассчитаны по полученным зависимостям.

Автор защищает: 9

-математические модели для прогнозирования качества и определения силы процесса изготовления двухполостных деталей с фланцем и осевым отростком на разных этапах комбинированного выдавливания ступенчатой заготовки в зависимости от размеров инструмента и давления, оказываемого матрицей на торец фланца;

-математическую модель для прогнозирования качества выполнения соединения способом обратного выдавливания спаренных заготовок;

-математическую модель процесса формоизменения заготовки при обратном выдавливании пуансоном с рабочим торцом в форме усеченного конуса;

-разработанную научно-обоснованную методику проектирования технологических процессов изготовления узлов способом обратного выдавливания спаренных заготовок. Эта методика включает в себя расчет сил при сборке и разъединении узлов, оценку качества получаемого соединения в зависимости от профиля заготовок, формы рабочего торца пуансона и направления сил контактного трения;

-разработанный технологический процесс сборки соединений с гарантированной силой разъема «стакан-дно переходное».

Заключение диссертации по теме «Технологии и машины обработки давлением», Герасимов, Владимир Витальевич

Выводы по работе

1 .Предложенная новая схема изготовления полых деталей с фланцем позволяет в 1,5 раза снизить удельную силу деформирования за счет использования активных сил трения, подтяжки за фланец, наличия осевого отростка при одновременном снижении увода пуансона в процессе деформирования.

2.Экспериментальные исследования выдавливания двухполостных ступенчатых деталей с фланцем по предложенной схеме позволили установить ряд наиболее типичных дефектов. Наибольшее влияние на качество получаемого изделия оказывает давление матрицы на торцевую поверхность фланца заготовки. Анализ полученного качества деталей (отсутствие типичных дефектов) в зависимости от относительных размеров инструмента, относительной высоты фланца заготовки, относительной величены хода контрпуансона, давления на торец фланца заготовки позволил установить оптимальные параметры процесса.

3. Предложенный способ получения сборочного соединения полых деталей является разновидностью известного метода обратного выдавливания спаренных заготовок, который ранее применяли для безотходного выдавливания сквозных втулок.

4. Экспериментальные исследования сборки заранее спрофилированных заготовок позволили установить оптимальную форму заготовок и инструмента, при которых происходит соединение деталей.

5. Полученные в результате теоретических исследований выражения для определения относительной удельной силы обратного выдавливания пуансоном с рабочим торцом в виде усеченного конуса и формулы для определения силы размыкания сборочного соединения позволяют использовать их при проектировании технологического процесса сборки деталей способом обратного выдавливания спаренных заготовок.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Герасимов, Владимир Витальевич, 2000 год

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

2. Фаворский В.Е. Холодная штамповка выдавливанием. М.: Машиностроение, 1966,- 158с.

3. Исследование процессов холодной объемной штамповки деталей из легких сплавов: Отчет по научно-исследовательской работе/ МВТУ им. Н.Э.Баумана: Рук. темы Овчинников А.Г. Исп. Степанов В.П., Дмитриев A.M. ГР№ 72054983, инв. № Б-393128.-М.:, 1974,- 139с.

4. Степанов В.П. Исследование процесса выдавливания с противодавлением изделий типа стакан с фланцем// Современные проблемы технологии машиностроения: Тезисы докладов. -Тбилиси, 1972,- С.83-85.

5. Овчинников А.Г. Исследование кинематики и напряженного состояния заготовки в процессе обратного выдавливания с активными силами трения //Труды МВТУ им. Н.Э.Баумана.- 1978,- № 263, выпуск 12,- 144с.

6. Овчинников А.Г., Малышев В.И. Исследование процесса обратного выдавливания с использованием активных сил трения // Технология изготовления заготовок в машиностроении.-М.: Машиностроение, 1971.-С.90-97.

7. A.c. № 173107 (СССР). Способ выдавливания металлических деталей / Ю.П. Можейко, Н.К. Розенталь // Б.И.- 1962,- № 14

8. Васако К. Холодная объемная штамповка деталей сложной формы: Пер. с нем./ ВЦП.-1985.-№36.-2с.

9. Кимура С. Обработка полых деталей с фланцем и точных деталей: Пер. с яп. /ВЦП.-1982,- №17.-4с.

10. Коммель Ф.А. О формоизменении заготовки при комбинированном выдавливании. // Инженерные методы расчета пластической обработки металлов. Таллин, 1971,- С.209-220.

11. Шофман JI.A. Основы расчета процессов штамповки и прессования.-М.: Машгиз, 1961,- 120с.

12. Оленин Л.Д. К расчету технологических переходов при холодном комбинированном выдавливании // Объемная штамповка. М.: МДНТП.- 1967,- С.63-69.

13. Мянд Х.Х. Определение усилий при комбинированном выдавливании деталей типа ступенчатых втулок // Прогрессивные процессы обработки выдавливанием деталей инструментального производства,- Таллин, 1975.-С. 122-128.

14. Торхов A.C. Усилие обратного холодного выдавливания деталей с фигурными полостями // Кузнечно-штамповочное производство. 1966.- № 3.- С.7-8.

15. Евстратов В.А. Теория обработки металлов давлением. Харьков: Вища школа, 1981,- 248с.

16. Холодная объемная штамповка: Справочник. / Под редакцией Г.А.Навроцкого, В.А.Головина, Ф.М.Нистратова М.: Машиностроение, 1973,- 496с.

17. Прозоров JI.B. Холодное выдавливание тонкостенных изделий // Новые исследования в области кузнечной технологии.-М.: ЦНИИТМАШ, 1950.-С.87-96.

18. Дмитренко Д.А. Разработка процесса выдавливания полых цилиндрических изделий высокой точности: Дис. . канд. техн. наук: 05.03.05.-Москва, 1990. -112с.

19. A.c. 472735 (СССР). Способ обратного выдавливания спаренных заготовок / Г.А. Кузнецова // Б.И. 1973,- № 5.

20. Касамота С. Новые способы штамповки полых деталей: Пер. с яп. /ВЦП. -1980,- №14.-5с.

21. Ехан Г. Штамповка деталей в серийном производстве: Пер. с нем./ ВЦП. -1986.-№36.-2с.

22. Кузнецова Г.А. Изготовление втулок сквозной прошивкой // Кузнечно-штамповочное производство,- 1979,- №6.-С. 12-13.

23. Боуден Ф., Тейбор Д. Трение и смазка,- М.:Машгиз, I960,- 152с.

24. Даниленко В.Я. Исследование состояния смазочного покрытия и его влияния на процесс холодного выдавливания стальных деталей: Дис. . канд. техн. наук. Харьков, 1976. - 125с.

25. Евстратов В.А., Даниленко В.Я. Методика оценки качества фосфатного покрытия и оптимальное конструирование стальных деталей, изготовляемых холодным выдавливанием // Объемная штамповка. М.: МДНТП, 1973.- С.155-161.

26. Филимонов Ю.Ф., Позняк JI.A. Штамповка прессованием,- М.: Машгиз, 1964,- 182с.

27. Новое в кузнечно-штамповочном производстве. //Труды ЭНИКмаша,- М.: Машгиз, 1964,- Книга 8. 143с.

28. A.c. 160931 (СССР). Способ обратного выдавливания деталей типа стаканов / С.Ш. Яшаяев //Б.И.- 1964 № 5.

29. Губкин С.И. Пластическая деформация металлов,- М.: Металлургиздат, I960,-407с.

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

31. Прогрессивные технологические процессы холодной штамповки

32. Ф.В. Гречников, A.M. Дмитриев, В.Д. Кухарь и др.; Под общ. ред. А.Г. А.Г.Овчинникова.-М.: Машиностроение, 1985,- 184с.

33. Дмитриев A.M. Исследование процесса холодного обратного выдавливания и стойкости ступенчатых пуансонов: Дис. . канд. техн. наук: 05.03.05,- М., 1976.-193с.

34. Kudo H. Some analytical and experimental studies of axi-simmetrical cold forging and extrusion // Jntern. J. of mechanical science.- 1960,- № 2,- P.23-24.

35. Теория обработки металлов давлением/ И.Я. Тарновский, A.A. Поздеев, O.A. Ганаго и др. Под ред. И.Я.Тарновского М.: Металлургиздат, 1963. -671с.

36. Джонсон У., Меллор П. Теория пластичности для инженеров: Перевод с < англ. М.: Машиностроение, 1979. - 568с.

37. Степанский JI. Расчеты процессов обработки металлов давлением,- М: Машиностроение, 1977,-424с.

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

39. Герасимов ВВ., Дмитриев A.M. Комбинированное выдавливание сложных деталей // Машиностроительные технологии: Сборник тезисов докладов Всероссийской научно-технической конференции. М., 1998. - С. 134-135.

40. Попов Е.А. Общая теория формоизменяющих операций листовой штамповки с осевой симметрией деформирования: Дис. . док. техн. наук -М„ 1956.-426с.

41. Евстратов В.А. Основы технологии выдавливания и конструирования штампов. Харьков: Вища школа, Изд-во при Харьковском университете, 1987. - 144с.

42. Соловцов С.С. Безотходная резка сортового проката в штампах. М. Машиностроение, 1985,- 176с.

43. Гуляев А.П. Металловедение. М.Металлургия, 1966. - 480с.3.87171539 т3.81. Y1(H1)37 3.6217153.6075 0.80.80.850.90.951. Hl

44. Dl=l,32 D2=0,4 D3=l D4=l,9 H2=0,4 p=9.61.91415^391 1. Y1(H2)3.87171%.873.893.88

45. Dl=l,32 D2=0,4 D3=l D4=l,9 Hl=0,8 p=9.64.45499846 T1. Y1(D1) 4.23.813933 3.8 4

46. D2=0,4 D3=l D4=l,9 Hl=0,8 H2==0.4 p=9.696 Р 31.96

47. Dl=l,3 D2=0.4 D3=l D4=l,9 Hl=0,8 H2=0.43.70938337 — ■y2(h1>a .653.584383,55075 0.80.8085 0.91. HI0.95

48. Dl=l,32 D2=0,4 D3=l D4=l,9 H2=0,4 p=9,63.70938338 т36 -y2(h2) 3.432 — ■3.1019910 35' 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.65 0.704 H2 0.7

49. Dl=l,32 D2=0,4 D3=l D4=l,9 Hl=0,8 p=9,63.70938338 T36 -y2(d1) 3.432 -3.145937 31.31.321.3514 1.45d11.52

50. D2=0,4 D3=l D4=l,9 H 1=0,8 H2=0,4 p=9,64.08231845 -г1. Y2(D2) 3.52.892742.50 38 0.4 0.42 0.44 0.46 0.48 0.5 0.52 0.54 0.5604 D2 0.55

51. D 1=1,32 D3=l D4=l,9 Hl=0,8 H2=0,4 p=9,63.7093833.837 -13.61. Y2(D3)3.534 —3.3343833.3095 1105 1.11. D31.1512 1.2

52. Dl=l,3 D2=0.4 D4=l,9 Hl=0,8 H2=0,4 p=9,63.70938338 T3.61. Y2(D4) 3.43.084383195 21. D42.052.1

53. Dl=l,32 D2=0.4 D3=l Hl=0,8 H2=0,4 p=9,64.0584057 1. Y3(H1).0564.0554054 0.753.576504356 1. Y3(H2>3.523.5192170.8085 0.91. HI0.95

54. Dl=1.32 D2=0,4 D3=l D4=l,9 H2=0,4 p=9.60 38 0 4 0.42 0.44 0.46 0.48 0.5 0.52 0.54 0.564 H2 0.55

55. Dl=1.32 D2=0,4 D3=l D4=l,9 Hl=0,8 p=9.61. Y3(D1)1.31.351.41.51.55

56. D2=0,4 D3=l D4=l,9 Hl=0,8 H2=0,4 p=9.6

57. Dl=1.32 D3=l D4=l,9 Hl=0.8 H2=0,4 p=9.6095 1 1.05 1.1 1.15 1.21. D3

58. Dl=1.3 D2=0.4 D4=l,9 Hl=0.8 H2=0,4 p=9.6185 1.9 1.95 2 2.051. D4

59. Dl=1.32 D2=0.4 D3=l Hl=0.8 H2=0,4 p=9.65 10 15 20 25 30 3596 р 31.9i

60. Dl=l,32 D2=0,4 D3=l D4=l,9 Hl=0,8 H2=0,41.678911.2-1-i-i-i-i-1-1-1035 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.65 0.71. H2

61. Dl=l,32 D2=0,4 D3=l D4=l,9 Hl=0,8 p=9.61. DI

62. D2=0,4 D3=l D4=l,9 Hl=0,8 H2=0,4 p=9.61.303911. Y4(D2)0.291443042 0.44 0.46 0.48 0.5 0.52 0.541. D2

63. Dl=1.32 D3=l D4=l,9 Hl=0,8 H2=0,4 p=9,61.678911.71.41.303911.3095 11.051.11.151. D3

64. Dl=1.3 D2=0.4 D4=l,9 Hl=0,8 H2=0,4 p=9,612 1.20.5548 — ■1. У5(Ш?5460.5544 —0.55Я*?542 075 0.80.80.850.90.951. Hl

65. Dl=1.32 D2=0.4 D3=l D4=1.9 H2=0.4 p=9.6056 T0.55054 1. Y5(H2)0.530.520.510.3504 0.45 0.5 0.55 0.6 0.651. H2

66. Dl=1.32 D2=0.4 D3=l D4=1.9 Hl=0.8 p=9.60.68665607 T0.651. Y5(D1)06

67. D2=0.4 D3=l D4=l .9 Hl=0.8 H2=0.4 p=9.606 т055 —05 1. Y5(D2)0.450.40.35о 38 0.4 0.42 0.44 0.46 0.48 0.5 0.52 0.54 0.561. D2

68. D2=0.4 D3=l D4=1.9 Hl=0.8 H2=0.4 p=9.60.480.471. Y5(D3p.46045 -0.44038 0.4 0.42 0.44 0.46 0.48 0.5 0.52 0.541. D3

69. Dl=1.3 D2=0.4 D4=l .9 Hl=0.8 H2=0.4 p=9.60.560.46578%46

70. Dl=1.32 D2=0.4 D3=l Hl=0.8 H2=0.4 p=9.6

71. Dl=l .32 D2=0.4 D3=l Hl=0.8 H2=0.4 D4=l .9