Разработка технологических процессов холодной объемной штамповки осесимметричных деталей комбинированием поперечного выдавливания и высадки тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.03.05, кандидат технических наук Крутина, Елена Васильевна

• Крутина, Елена Васильевна
• кандидат технических наук
• 2003

Оглавление диссертации кандидат технических наук Крутина, Елена Васильевна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 .СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

1.1. Методы изготовления осесимметричных деталей типа стержень с утолщением холодной объемной штамповкой

1.2. Другие способы комбинирования, в том числе при листовой штамповке

1.3. Особенности теоретического анализа операций высадки и поперечного выдавливания

1.4. Методы исследования пластичности

1.5. Цель и задачи работы

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ КОМБИНИРОВАННОГО ПРОЦЕССА

ВЫДАВЛИВАНИЯ И ВЫСАДКИ

2.1. Теоретическое исследование процесса комбинированного выдавливания

2.2. Примеры расчета

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка технологических процессов холодной объемной штамповки осесимметричных деталей комбинированием поперечного выдавливания и высадки»

Холодная объемная штамповка является высокоэффективным технологическим процессом. Она обеспечивает получение точных заготовок, а иногда и готовых деталей, обладающих высоким качеством поверхности, благодаря чему расход металла на изготовление изделий и трудоемкость становятся минимальными. Увеличивается прочность деталей за счет упрочнения при холодной обработке давлением.

Известно, что недостатком холодной объемной штамповки являются высокие удельные усилия, потребные для пластической деформации, то есть тяжелые условия работы штампов. Однако существуют технологические схемы, при которых удельные усилия не превышают допустимых. Благодаря этому в настоящее время огромная номенклатура разнообразных деталей из различных материалов может быть изготовлена методами холодной объемной штамповки [16, 70].

К таковым относится холодная высадка, широко применяемая при изготовлении метизов. Высадка протекает в условиях сравнительно мягкой схемы напряженного состояния и эффективно используется для

К ' изготовления осесимметричных деталей типа стержень с утолщением. Однако набор головки большого объема требует обычно большого числа наборных переходов во избежании потери заготовкой продольной устойчивости при деформации. Иногда, особенно при штамповке деталей на холодновысадочных автоматах, где число рабочих позиций ограничено, это обстоятельство снижает эффективность процесса, нарушает его непрерывность.

Дополнительного эффекта можно достичь применением комбинированных процессов, где высадка сочетается с поперечным выдавливанием, редуцированием или другими схемами формоизменения [2, 3, 19, 21]. Такие процессы могут быть организованы как совмещенные или последовательные. Однако вопрос о выборе той или иной комбинации каждый раз решается индивидуально и зависит от квалификации разработчика технологии, потому что нет научно обоснованной методики выбора параметров комбинированных процессов: деформаций на каждом переходе, расчета усилия высадки или поперечного выдавливания головки сложной формы с учетом упрочнения (существующие решения дают только приближенный результат) и др.

Сочетание различных схем формоизменения осесимметричных деталей позволяет также разработать новые методы изучения пластичности металлов в развитие способов, предложенных Ю.К.Филипповым [63] и Н.Ю.Калпиной [21].

Работа проведена в рамках отраслевой программы «Ресурсосберегающая технология машиностроения» в 1999-2001г.г.

В первой главе приводится обзор литературных источников, посвященных особенностям холодной объемной штамповки осесиметричных деталей типа стержень с утолщением. Анализируется эффективность различных схем формоизменения. Освещены также исследования пластичности металлов при холодной деформации и существующие методики расчета силовых параметров процессов поперечного выдавливания. В заключение главы сформулированы цель и задачи настоящей работы.

Во второй главе представлена методика выбора деформационных параметров комбинированных процессов поперечного выдавливания и высадки, обеспечивающая набор головки максимального объема или размеров при обеспечении высокого качества и в условиях предотвращения потери продольной устойчивости за минимальное число технологических переходов. Эффективность методики продемонстрирована на некоторых частных примерах.

В третьей главе проведен анализ напряженно-деформированного состояния и определены силовые параметры поперечного выдавливания головок произвольной формы с учетом упрочнения металла, причем упрочнение рассчитывается по уточненной методике. Приводятся результаты экспериментальной проверки полученных решений.

В четвертой главе представлена методика исследования пластичности металлов комбинированным поперечным выдавливанием и высадкой в штампе совмещенного действия. Метод обеспечивает возможность испытания металлов в широком диапазоне показателей напряженного состояния в условиях однородности деформаций по высоте выдавливаемого бурта.

В пятой главе представлен новый технологический процесс комбинированной штамповки державки резца и конструкция инструмента, переданные в производство для освоения.

Работа выполнена на кафедре «Кузовостроение и обработка давлением» МГТУ «МАМИ».

Заключение диссертации по теме «Технологии и машины обработки давлением», Крутина, Елена Васильевна

Основные результаты и выводы

1. Изучение литературы и производственного опыта показало, что большие возможности совершенствования технологии объемной холодной штамповки дает комбинирование различных деформационных схем. Реализованная при электровысадке схема совмещения поперечного выдавливания (набор металла) и высадки (формовка головки) может быть применена и при холодной деформации. Однако возможность такого процесса и его технологические параметры в достаточной мере не изучены.

2. Из анализа состояния вопроса следует, что важнейшим показателем, определяющим эффективность холодной объемной штамповки, является деформационная способность металла при различных схемах штамповки. Для ее изучения можно применять как поперечное выдавливание, так и высадку головки вполне определенной формы. Однако существующие методы построения диаграммы пластичности поперечным выдавливанием и высадкой обладают некоторыми недостатками, которые можно преодолеть при использовании комбинированного процесса.

3. Теоретический анализ комбинированного процесса поперечного выдавливания и высадки показывает, что при формообразовании деталей типа стержень с утолщением можно значительно сократить число наборных переходов. При этом должны выполняться условия продольной устойчивости и неразрушения металла. Оптимальная деформация на первом переходе определяется по условию максимума параметра, характеризующего процесс; объема высаживаемой головки, ее наружного диаметра или отношения длины высаживаемой части заготовки к ее диаметру. На конкретном примере показано, что последний параметр увеличивается в 3-4 раза по сравнению с обычной высадкой.

4. По литературным данным установлено, что силовые и деформационные параметры высадки достаточно хорршо изучены, в то время как методика определения усилия поперечного выдавливания осесимметричных головок в канал произвольной формы требует уточнения. На основе метода баланса работ такая методика разработана. В отличие от существующих она предусматривает точный учет упрочнения в каждой точке очага деформации. Составлена программа расчетов на ЭВМ для частного случая поперечного выдавливания.

5. Разработана методика экспериментального исследования силовых параметров процесса поперечного выдавливания и проведены эксперименты, результаты которых подтвердили удовлетворительную работоспособность полученных теоретических зависимостей. Аналогичный расчет, проведенный с использованием программы (2РСЖМ-20 и с экспериментальными данными, показал, что метод баланса мощности вполне может применяться в практических целях при крайне малых затратах на разработку методики и проектирование.

6. Разработан метод построения диаграмм пластичности путем одновременных поперечного выдавливания и высадки фланца цилиндрической формы; при этом обеспечивается постоянство показателя напряженного состояния на внешней цилиндрической поверхности фланца в течение всего испытания. Показатель напряженного состояния задается выбором соотношения скоростей верхней полуматрицы и пуансона в диапазоне Метод обеспечивает отсутствие сдвиговой компоненты деформации в области вероятного разрушения металла. Предложены конструктивные решения устройства для испытаний металла на пластичность.

7. С использованием результатов проведенного исследования разработан технологический процесс холодной штамповки детали «державка резца» из легированной стали 35Г2Р. При этом число наборных переходов сократилось от 3 до 1 по сравнению с существующей технологией. Спроектирован штамп для осуществления новой технологии. Технологический процесс и конструкция штампа передана для внедрения в производство в НПИ « ЮН И С » (приложение № 2).

Методика расчета технологии используется в учебном процессе при чтении лекций по курсам «Теория обработки металлов давлением», в курсовом и дипломном проектировании (приложение № 3).

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Крутина, Елена Васильевна, 2003 год

1. Авицур Б. Исследование процессов волочения проволоки и выдавливания через конические матрицы с большим углом конусности. //Конструирование и технология машиностроения. М.: ИЛВ, 1964.-№4.-С.З-15.

2. Алиев И.С. Исследование процесса холодного поперечного выдавливания: Дисс.канд. техн. наук.- JL: ЛПИ, 1977.-135с.

3. Алиев И.С. Технологические возможности новых способов комбинированного выдавливания.// Кузнечно-штамповочное производство.-1990.-№2.-С.7-10.

4. Алюшин Ю.А. Теория обработки металлов давлением // Метод верхней оценки и его применение при решении задач обработки металлов давлением. Ростов-на-Дону: РИСХМ, 1977 .-86с.

5. Бейгельзимер Я.Е. Пластическая деформация пористых тел. // Порошковая металлургия.-1987.-№3.- С. 11-13.

6. Богатов A.A., Мижирицкий О.И., Смирнов C.B. Ресурс пластичности металлов при обработке давлением. М.: Металлургия, 1984.-144с.

7. Бриджмен П. Исследование больших пластических деформаций иifразрыва. М.: Изд. иностр. лит., 1955.-444с.

8. Быков И.А. Исследование холодного поперечного выдавливания осесимметричных деталей. Дисс. канд. техн. наук. М.-Мосстанкин, 1980.- 160с.

9. Важенцев Ю.Г., Исаев В.В. Оценка влияния истории нагружения на прочность металлов.// Обработка металлов давлением. УПИ. Свердловск, 1982, вып. 9.- С.23-27.

10. Важенцев Ю.Г. Прочность и пластичность материалов под гидростатическим давлением. Томск: ТомПИ, 1978.- 86с.

11. П.Головин В.А. Типовые технологические процессы холодной объемной штамповки стержневых деталей на многопозиционных автоматах. Методические рекомендации. - НИИМАШ, 1981.- 41с.

12. Губкин С.И. Пластическая деформация металлов. Т.2.-М.: Металлургиздат, 1960-1961 .-416с.

13. Дель Г.Д. Технологическая механика. М.: Машиностроение, 1978. -174с.

14. Дель Г.Д. Пластичность деформированного металла. // Физика и техника высоких давлений.- 1983.- №11. С.28-32.

15. Евстифеев В.В., Осинных В.Я. Методика выбора варианта технологического процесса холодной объемной штамповки. Омск, 1973.- 74с.

16. Евстифеев В.В. Научное обоснование, обобщение и разработка новых технологий холодной объемной штамповки. Дисс.канд. техн. наук. М.: МГТУ им. Баумана, 1994. - 422с.

17. Евстратов В.А. Основы технологии выдавливания и конструирования штампов. Харьков: Вища школа, 1987. - 144с.

18. Зибель Э. Обработка металлов давлением в пластическом состоянии. M.-JI. ОНТИ, 1934. - 194с.

19. Зыонг За Мань. Разработка технологических процессов радиального выдавливания с контурной осадкой для стержневых деталей с широким утолщением. Дисс.канд. техн. наук.- М.: МАМИ, 1993.-253с.

20. Ильюшин A.A. Пластичность. М.:Гостехиздат. 1984. 376с.

21. Калпин Ю.Г., Филиппов Ю.К., Беззубов H.H. Критерий пластичности при холодной деформации металлов. // Деп., М: Черметинформация, 1989, per. № 4498. 20с.

22. Калпин Ю.Г. Разработка обобщенной теории и технологии объемной изотермической штамповки. Дисс.докт. техн. наук. М. МГТУ им. Баумана, 1987.- 351с.

23. Калпин Ю.Г., Филиппов Ю.К., Беззубов H.H. Оценка пластичности металлов с учетом упрочнения. // Повышение качества деталей машин пластическим деформированием: Фрунзе, 1988, С. 18-24.

24. Калпин Ю.Г., Смелянский В.М., Крючковский В.А. Пластичность металлов при немонотонном деформировании. // Машины и автоматизация кузнечно-штамповочного производства. М.: ВЗМИ, 1988.-С. 138-146.

25. Калпин Ю.Г., Филиппов Ю.К., Калпина Н.Ю. Критерий разрушения металлов при холодной пластической деформации. // Деп., М., ВНИИТЭМР, 1993, № 2/3. 11с.

26. Кийко И.А. Теория разрушения в процессах пластического течения.// Обработка металлов давлением. Межвуз.сб. Свердловск. 1982.-С. 27-40.

27. Ковка и штамповка. Т.З Холодная объемная штамповка. / Спр. Под ред. Г А. Навроцкого. М.: Машиностроение, 1987. 384с.

28. Коган Р.Т. Штамповка с противодавлением. // Конструирование и технология машиностроения. Сер. В, 1965.- №2. С. 1-7.

29. Колмогоров B.JI. Напряжения, деформации, разрушение. М.: Металлургия, 1970. 230с.

30. Колосков Е.В. Разработка типового технологического процесса и методики расчета энергосиловых параметров многопереходной холодной объемной штамповки деталей с эксцентричной головкой. Дисс.канд. техн. наук.- М.:МАМИ, 1989. 122с.

31. Кроха В.А. Упрочнение металла при холодной деформации. Справочник. М: Машиностроение, 1980. - 157с.

32. Кузнецов Д.П., Савушкин Е.Т. Напряженно-деформированное состояние заготовки при холодном поперечном выдавливании. // Кузнечно-штамповочное производство, 1974.- №3. С. 5-8.

33. Мишулин A.A., Михалевич В.М. Совершенствование технологии ковки на основе описания деформационной анизотропии пластичности. // Тр. ЦНИИТМАШ. №173,1982. С. 144-161.

34. Моисеева М.В. Проверка нового варианта математического условия разрушения. // Технология легких сплавов, 1982.- №10.- С. 3-7.

35. Надаи А. Пластичность и разрушение твердых тел. Пер. с англ. М.: Мир, 1969. 863с.38.0вчинников А.Г., Кузнецов Г.В. Определение поля напряжений и удельных усилий при радиальном выдавливании. // Известия вузов.-М.: Машиностроение, 1977.- №12. С. 114-119.

36. Огородников В.А. Оценка деформируемости металлов при обработке давлением. Киев: Вища школа, 1983. 175с.

37. Огородников В.А. Деформируемость и разрушение металлов при пластическом формоизменении. Киев: Вища школа, 1989. 150с.

38. Оленин Л.Д. Исследование процесса холодного комбинированного выдавливания. Дисс.канд. техн. наук. М.:МАМИ, 1967. — 167с.

39. Оленин Л.Д. Научное обоснование и разработкаэнергосберегающих процессов холодного выдавливаниявысокоточных деталей сложной формы с глубокими полостями. Дисс.докт. техн. наук,- М: МГТУ им. Баумана, 1999.—425с.

40. Пластичность и разрушение. Колмогоров B.JL, Богатов A.A., Мигачев Б.А., и др. М.: Металлургия, 1977. 336с.

41. Рвачев М.А. Критерий деформируемости металлов при обработке давлением. // Деп. УкрНИИНТИ. №1404 Ук-85. 1985. 9с.

42. Ренне И.П. Теоретические основы экспериментальных методов исследования деформаций методом сеток в процессах обработки металлов давлением. Тула.: ТЛИ, 1979. — 96с.

43. Сегал В.М. Критерий вязкого разрушения при пластическом формоизменении металлов. // Журнал прикладной механики и техн. физики. -1981.-№1. С. 164-169.

44. Смирнов-Аляев Г.А. Сопротивление материалов пластическому деформированию. Л.: Машиностроение, 1978. 368с.

45. Смирнов-Аляев Г.А., Чикидовский В.П. Экспериментальные исследования в обработке металлов давлением. Л.: Машиностроение. 1972. 360с.

46. Смирнов-Аляев Г. А. Механические основы пластической обработки металлов. М.: Машиностроение, 1964.-375с.

47. Степанский Л.Г. Расчеты процессов обработки металлов давлением. М.: Машиностроение, 1979. -216с.

48. Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением. М.: Машиностроение, 1977. -423с.

49. Тарновский И.Я., Поздеев A.A., Тарновский В.И. Вариационные методы и теория обработки металлов давлением. // Прочность и пластичность. М.: Наука, 1971. С. 175-178.

50. Тарновский И .Я., Поздеев A.A., Ганаго О.А, и др. Теория обработки металлов давлением. М.: Металлургиздат, 1963. 462с.

51. Томленов Л.Д. Теория пластического деформирования металлов. М.:.Металлургия, 1972. 408с.

52. Теория ковки и штамповки. // Под редакцией Унксова Е.П., Овчинникова А.Г. // М.: Машиностроение, 1992. 719с.

53. Унксов Е.П. Инженерная теория пластичности. М.: Машгиз, 1959. -327с.

54. Ребельский A.B. Основы проектирования процессов горячей объемной штамповки. М.: Машиностроение, 1965.- 248с.

55. Филиппов Ю.К., Калпина Н.Ю. Влияние упрочнения металла при оценке его деформируемости. // Пути совершенствования экологического обеспечения работы автомобильного транспорта. Винница, 1990. С. 44-46.

56. Джонсон В., Кудо X. Механика процессов выдавливания металла. Перевод с англ. М.: Мир.- 1966.- 317с.

57. Филиппов Ю.К. Научное обоснование ресурсосберегающих процессов холодной объемной штамповки на базе оценки использования пластических свойств металла. Дисс.докт. техн. наук. Тула.- 1998.-262с.

58. Фридман Я.Б. Механические свойства металлов. М.: Оборонгиз, 1952.

59. Холодная и полугорячая объемная штамповка на прессах. Головин В.А., Евстратов В.А., Рудман П.И. и др. // Методические указания. -М.: НИИМАШ, 1982.-73с.

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

61. Шофман JI.A. Теория и расчеты процессов холодной штамповки. -М.: Машиностроение, 1964.-375с.

62. Алиев И.С., Богоявленский К.Н., Рис В.В. Технологические параметры выдавливания медных и алюминиевых сплавов //Пластическая обработка металлических материалов (Тр. ЛПИ №359).-Л.: ЛПИ, 1977.-С.28-32.

63. Алиев И.С. Определение силовых параметров при радиальном выдавливании // Обработка металлов давлением. Ростов-на-Дону: РИСХМ, 1983.- С.93-101.

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

65. Изготовление заготовок и деталей пластическим деформированием (В.М. Авдеев, Л.Б. Аксенов, И.С. Алиев и др.); Под ред. К.Н.Богословского, В.В. Риса, A.M. Шелестева.— Л.: Политехника, 1991 351с.

66. Степанский Л.Г. Об опытной проверке результатов компьютерного моделирования процессов пластического деформирования. // Кузнечно-штамповочное производство.— 2001. — №6. — С.36-40.

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

68. Басовский JI.E. Прогнозирование повреждаемости деформируемых материалов при немонотонном нагружении. //Известия вузов.-Машиностроение.- №2.- С.3-7.

69. Brozzo P., DeLuca В., Rendina R. A new method for the prediction of formability limits in metal sheets // Sheet Metal Forming and Formability.- Proceedings of the 7th biennial Conference of the International Deep Drawing Research group.-1974/

70. Чиченев H.A. Автоматизация экспериментальных исследований.-М.:Металлургия, 1983.-256с.

71. Коммель Ф.А. Исследование процесса холодного комбинированного выдавливания деталей типа ступенчатых втулок. Дисс.канд. техн. наук.- Таллин,1971. —208с.