Разработка высокоэффективной многооперационной холодной штамповки высокопрочных остроконечных сердечников пуль тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.09, доктор наук Недошивин Сергей Владимирович

• Недошивин Сергей Владимирович
• доктор наук
• 2020

Оглавление диссертации доктор наук Недошивин Сергей Владимирович

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР ПОДХОДОВ К ИССЛЕДОВАНИЯМ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМУ ОБЕСПЕЧЕНИЮ ПРОИЗВОДСТВА БРОНЕБОЙНЫХ СЕРДЕЧНИКОВ ПУЛЬ

1.1. Анализ патентных исследований по конструктивным и технологическим особенностям бронебойных сердечников пуль

1.1.1. Островершинные бронебойные сердечники пуль с удлиненной головной частью

1.1.2. Островершинные бронебойные сердечники пуль с укороченной головной частью

1.1.3. Островершинные бронебойные сердечники пуль с двухступенчатой удлиненной головной частью

1.2. Анализ подходов к технологии изготовления сердечников

1.2.1. Механическая обработка резанием

1.2.2. Ротационное обжатие

1.2.3. Электрорастяжка

1.2.4. Поперечно-клиновая прокатка

1.2.5. Обкатка

1.2.6. Острение обкусыванием

1.3. Анализ результатов проведенных исследований и выбор рационального способа штамповки сердечников

1.4. Анализ результатов теоретических исследований типовых технологических операций

1.4.1. Установление операционных соотношений для решения краевых характеристических задач

1.4.2. Математический аппарат аналитического описания полей линий скольжения, образованных начальными круговыми дугами

1.4.3. Соотношения для решения смешанных краевых задач

1.5. Цель работы и задачи исследования

2. РАЗРАБОТКА НОВЫХ СПОСОБОВ ПЛАСТИЧЕСКОГО ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ТИПОВЫХ КОНСТРУКТИВНЫХ ВАРИАНТОВ СЕРДЕЧНИКОВ

2.1. Разработка новых способов холодной штамповки для изготовления основных типовых конструктивных групп сердечников

2.1.1. Способ холодной штамповки островершинных бронебойных сердечников с удлинённой головной частью (группа 1)

2.1.2. Способ холодной штамповки островершинных бронебойных сердечников с короткой головной частью (группа 2)

2.1.3. Способ холодной штамповки островершинных бронебойных сердечников с двухступенчатой удлинённой головной частью (группа 3)

2.2. Совершенствование конструкций сердечников пуль, обладающих повышенным бронепробитием

2.3. Технологические возможности штамповки сердечников из мерных заготовок квадратного сечения

2.4. Анализ целесообразности использования на промежуточных операциях матриц с рабочими полостями некруглого сечения

2.5. Конверсионное применение результатов исследований

2.6. Основные результаты и выводы

3. РАЗВИТИЕ АНАЛИТИЧЕСКОГО МЕТОДА ЛИНИЙ СКОЛЬЖЕНИЯ ДЛЯ АНАЛИЗА ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЗАДАЧ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ

3.1. Особенности решения осесимметричных задач теории пластичности аналитическим методом линий скольжения и результирующие зависимости для расчета среднего напряжения вдоль линий скольжения

3.2. Составляющие напряжения в окрестности точки поля

3.3. Проверка различия на краях пластической области, построенной для условий плоской деформации, с участком прямолинейной свободной границы от ее положения относительно радиальной координаты при осевой симметрии

3.4. Проверки правильности установленных формул для аналитического определения среднего значения вдоль граничных линий скольжения

3.4.1. Оценка прямолинейного поля равномерного напряженного состояния

3.4.2. Задача о вдавливании плоского цилиндрического штампа в полость жесткопластического полупространства

3.5. Аналитическое описание пластических участков, выходящих на свободные прямолинейные границы, совпадающие с направлением радиальной ко ординаты

3.5.1. Нахождение общего уравнения связи между параметрами 8, г0 и

l

3.5.2. Установление правил построения полей линий скольжения, образованных логарифмическими спиралями, для пластических областей, примыкающих к свободной прямолинейной границе

3.5.3. Установление проекций граничных линий скольжения (логарифмических спиралей) для пластических областей, примыкающих к свободной прямолинейной границе

- Го

3.5.4. Нахождение уравнения связи между параметрами 8 и г о =

3.5.5. Графические зависимости для геометрических параметров

3.6. Алгоритмы решения осесимметричных задач

3.7. Аналитическое решение тестовой осесимметричной задачи о вдавливании плоского гладкого штампа в полуплоскость

3.7.1. Определение радиусов кривизны граничных линий скольжения

3.7.2. Расчет геометрических параметров поля линий скольжения

3.7.3. Расчет напряжений

3.7.4. Расчет распределения контактных давлений и определение потребной интегральной силы

3.8. Аналитическое описание пластического течения при формообразовании конических головных частей сердечников пуль

3.9. Основные результаты и выводы

4 ИССЛЕДОВАНИЯ ДЕФОРМИРОВАННОГО И НАПРЯЖЕН-НООГО СОСТОЯНИЙ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЯХ ШТАМПОВКИ СЕРДЕЧНИКОВ С КОНИЧЕСКИМИ И КРИВОЛИНЕЙНЫМИ ГОЛОВНЫМИ ЧАСТЯМИ

4.1. Выбор методики экспериментального исследования

4.1.1. Методики, основанные на соотношениях теории конечных деформаций

4.1.2. Методики поэтапного изучения деформированного состояния

4.2. Определение напряженно-деформированного состояния методом делительных сеток при штамповке конических головных частей сердечников в инструменте с изменяющимся от операции к операции углом конусности

4.3. Определение напряженного и деформированного состояний методом делительных сеток при штамповке криволинейных головных частей сердечников

4.3.1. Установление деформированного состояния методом делительных сеток

4.3.2. Установление распределения среднего напряжения аналитическим методом линий скольжения

4.4. Основные результаты и выводы

5. ПРОЕКТИРОВАНИЕ МНОГООПЕРАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ХОЛОДНОЙ ШТАМПОВКИ СЕРДЕЧНИКОВ С УЧЕТОМ ПОВРЕЖДАЕМОСТИ МАТЕРИАЛА

5.1. Разработка методики проектирования многооперационного технологического процесса с использованием на заключительных операциях инструмента с уменьшающимся углом конусности рабочей полости

5.1.1. Первый этап - цикл подбора диаметров притупления вершинки

5.1.2. Выбор постоянного рационального угла конусности головной части полуфабрикатов на первом этапе

5.1.3. Второй этап - цикл подбора углов конусности полуфабрикатов

5.2. Разработка программного продукта и примеры расчёта количества формообразующих операций и размеров промежуточных полуфабрикатов

5.2.1. Разработка программного продукта, реализующего разработанную методику расчета количества формообразующих операций и размеров промежуточных полуфабрикатов

5.2.2. Примеры расчета технологии, реализуемой в матрицах с постоянным углом конусности

5.2.3. Примеры расчета технологии, реализуемой в матрицах с уменьшающимся от операции к операции углом конусности

5.3. Особенности применения разработанной методики для проектирования процесса холодной штамповки сердечников пуль с оживальной головной частью

5.4. Совершенствование технологического процесса многопереходной холодной штамповки бронебойных сердечников

5.5. Основные результаты и выводы

6. РАЗРАБОТКА СПЕЦИАЛЬНОЙ ШТАМПОВОЙ ОСНАСТКИ

ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БРОНЕБОЙНЫХ СЕРДЕЧНИКОВ

6.1. Статистические исследования качества изготовления сердечников

пуль

6.1.1. Статистический анализ точности заготовок варианта сердечников

пуль по массе

6.1.2. Статистический анализ точности заготовок варианта сердечников

пуль по длине

6.1.3. Статистический анализ точности отштампованных вариантов сердечников пуль по массе

6.1.4. Статистический анализ точности отштампованных сердечников

пуль по длине

6.2. Разработка технологической оснастки для стабилизации массы и длины заготовок при штамповке сердечников пуль

6.3. Разработка штамповой оснастки для холодной штамповки остроконечных сердечников с укороченной цилиндрической частью

6.4. Разработка штамповой оснастки с повышенной стойкостью выталкивателя и инструмента для изготовления удлинённых сердечников

6.5. Основные результаты и выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ПРИЛОЖЕНИЕ

ПРИЛОЖЕНИЕ

ПРИЛОЖЕНИЕ

ПРИЛОЖЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка высокоэффективной многооперационной холодной штамповки высокопрочных остроконечных сердечников пуль»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. Одним из основных путей повышения поражающего действия калиберных пуль является оснащение их остроконечными бронебойными сердечниками, изготовленными из высокопрочных сталей и сплавов [1, 2, 4, 5, 30, 39, 42, 52, 119-142]. Однако оснащение пулями с такими сердечниками патронов всего комплекса стрелкового вооружения сдерживается отсутствием приемлемой для массового производства технологии их изготовления. В настоящее время относительно небольшие партии таких сердечников для пуль снайперского патрона изготавливают на заводах отрасли с использованием операций резания.

Созданию приемлемой для массового производства технологии получения остроконечных высокопрочных сердечников для пуль к боеприпасам различных конструкций стрелкового вооружения посвящена данная работа. Такая технология должна базироваться на достоверных результатах и выводах, полученных путем теоретического обоснования распределения напряжений в пластической области. Для осуществления новой технологии необходимо применение новых способов холодной штамповки и усовершенствование штамповой оснастки при изготовлении нетехнологичных видов конструкций сердечников [18, 50, 67, 6971, 74, 75, 86-92].

Не менее важны и практические рекомендации по проектированию технологических процессов, установленные в ходе реализации комплекса натурных экспериментов. Это обеспечит возможность оценить кинематику течения деформируемого материала, накопление в процессе деформации микроповреждений и связанное с ним исчерпание его запаса пластичности. Последнее лежит в основе научного обоснования количества технологических операций при пластическом формообразовании высокопрочных сердечников, что позволит обеспечить высокие требования, предъявляемые к качеству изготовления и поражающему действию стрелковых боеприпасов.

В связи с вышеизложенным теоретическое и экспериментальное обоснование новых способов и технологических решений многооперационной холодной штамповки высокопрочных остроконечных сердечников пуль, а также проектирование специальной штамповой оснастки для реализации указанных способов являются важной научно-технической проблемой.

Работа выполнена в рамках гранта НШ-2601.2020.8 и гранта РФФИ 20-08-00401 а также по хозяйственным договорам с рядом предприятий России.

Цель работы. Повышение эффективности технологических процессов многооперационной холодной штамповки остроконечных сердечников пуль путем разработки специального инструмента с разно угольными рабочими полостями, на основе новых способов последовательной локализованной предварительной штамповки конических участков сердечников и обоснования рациональных режимов обработки, приводящих к повышению сжимающего гидростатического напряжения, залечивающего дефекты в зоне формирования вершинки головной части сердечника, что ведет к уменьшению степени использования запаса пластичности материала в ней и соответствующему улучшению механических характеристик изделий, изготавливаемых за меньшее количество операций.

Для достижения указанной цели в работе были поставлены и решены следующие задачи:

1 Провести патентный анализ конструкций современных остроконечных высокопрочных сердечников пуль и классифицировать их по особенностям с целью последующей разработки для каждой группы рационального технологического процесса холодной объемной штамповки и проектирования специальной штамповой оснастки, а также исследовать известные подходы к изготовлению стержневых деталей, имеющих торцевые остроконечные участки.

2 Разработать новые прогрессивные способы изготовления различных групп высокопрочных сердечников пуль в зависимости от их конструктивных особенностей, уменьшающие технологическую себестоимость и повышающие качество, функциональные и боевые характеристики пуль с указанными остро-

конечными сердечниками.

3 Усовершенствовать аналитический метод линий скольжения для решения осесимметричных технологических задач теории пластичности путем вывода интегральных аналитических выражений для расчета средних напряжений вдоль линий скольжения (аналогичных соотношениям Генки для условий плоского пластического течения) и установить правила построения участков полей линий скольжения, примыкающих к прямолинейным свободным границам, проверить полученные зависимости, а также провести силовой анализ операций пластического формообразования остроконечных стальных сердечников пуль.

4 Экспериментальным методом делительных сеток обосновать предельные технологические возможности и установить рациональные технологические режимы многооперационной холодной штамповки остроконечных стержневых деталей ответственного назначения из высокопрочных сталей.

5 Разработать методику проектирования многооперационных технологий остроконечных сердечников пуль на основе новых способов холодной штамповки, учитывающую сообщаемую на каждой операции, остаточную после отжига, суммарную накапливаемую и допустимую для готового изделия повреждаемость материала, и довести указанную методику до конечного программного продукта.

6 Спроектировать специальную штамповую оснастку для реализации предлагаемых новых способов штамповки высокопрочных остроконечных сердечников и разработать практические рекомендации по проектированию технологических процессов на основе результатов проведенных исследований и конструк-торско-технологических разработок.

7 Использование результатов исследований в промышленности и учебном процессе.

Объект исследования. Процессы холодной штамповки высокопрочных сердечников пуль повышенного качества.

Предмет исследования. Комбинации режимов напряженного и деформированного состояний, обусловливающих рациональный минимум накапливаемых в материале головной части сердечника повреждений и на этой основе

обоснование рациональных режимов штамповки сердечников.

Методы исследования. Методы исследования базируются на основных положениях теории пластичности. Оценка распределения напряжений в пластических областях при исследовании новых способов штамповки сердечников и силовой анализ типовых операций проводились аналитическим методом линий скольжения, который потребовалось развить для применения его к технологическим задачам осесимметричной теории пластичности. Распределение деформаций оценивалось натурным экспериментальным методом делительных сеток. Это позволило получить адекватные результаты по степени использования запаса пластичности, рациональному выбору количества формообразующих операций и качеству механических свойств получаемых изделий. Разработка программного продукта, реализующего методику расчета количества формообразующих операций и размеры промежуточных полуфабрикатов, осуществлялась в среде Microsoft Visual C# 2008 Express Edition с помощью, созданной под операционную систему Windows программы CoreTech с графическим пользовательским интерфейсом. Прогнозные оценки вероятности брака и обработка результатов экспериментальных исследований проводились методами математической статистики.

Автор защищает:

- закономерности комплексного напряженно-деформированного состояния при новых способах многооперационной штамповки сердечников, приводящих при назначении рациональных режимов к уменьшению повреждаемости материала в опасных микрозонах и повышению качества изготавливаемых изделий при общем уменьшении числа формообразующих и сопутствующих операций;

- впервые полученные решения аналитическим методом линий скольжения осесимметричных задач теории пластичности;

- результаты распределения деформаций, степени использования запаса пластичности, полученные на основе применения экспериментального метода делительных сеток, при исследовании предложенного комплекса формообразу-

ющих операций холодной объемной штамповки остроконечных сердечников пуль;

- разработанную с учетом приобретаемой на каждой операции, остаточной после отжига, суммарной накопленной и предельно допустимой для конкретного изделия поврежденности деформируемого материала методику проектирования технологического процесса изготовления сердечников по новым способам, доведенную до программного продукта;

- специальную запатентованную штамповую оснастку для реализации указанных новых способов их изготовления.

Личное участие автора в получении результатов исследований. Разработаны новые способы многооперационной холодной штамповки остроконечных сердечников пуль, спроектирована специальная штамповая оснастка для реализации предлагаемых способов штамповки указанных сердечников и получены практические рекомендации по проектированию технологических процессов на основе результатов проведенных исследований и конструкторско-технологических разработок.

Разработан аналитический метод линий скольжения для решения технологических задач осесимметричной теории пластичности и проведен ряд решений, в том числе силовой анализ операций пластического формообразования остроконечных стальных сердечников пуль.

Экспериментальным методом делительных сеток обоснованы предельные технологические возможности и рациональные деформационные технологические режимы многооперационной холодной штамповки остроконечных стержневых деталей ответственного назначения из высокопрочных сталей.

Разработана методика проектирования многооперационных технологий изготовления остроконечных сердечников пуль на основе новых способов холодной штамповки, учитывающая сообщаемую на каждой операции, остаточную после отжига, суммарную накапливаемую и допустимую для готового изделия повреждаемость материала, которая доведена до конечного программного про-

дукта.

Научная новизна:

- впервые научно обоснована последовательность изменения геометрических размеров конических участков мерных цилиндрических полуфабрикатов при многооперационной холодной штамповке остроконечных сердечников пуль в диапазоне длин головной части 1,8 < do < 3,5 (где d0 - диаметр цилиндрической части сердечника) с вершинкой ё = 0,35 - 0,10 и сердечников в диапазоне укороченных длин головной части 0,75 < do < 1,60 с более острой вершинкой d = 0,1...0,4с0 инструментом с изменяющимся от операции к операции углом конусности;

- впервые получены аналитические решения методом линий скольжения осесимметричных задач теории пластичности на базе новых установленных интегральных зависимостей для расчета напряжений и предложенных правил построения полей, выходящих на прямолинейные свободные границы, которые легли в основу теоретического анализа процессов выдавливания остроконечных сердечников пуль;

- на основании комплекса экспериментальных исследований и последующих уточнений по разработанной компьютерной программе впервые установлены и апробированы рациональные углы конусности рабочей полости первых технологических операций, рациональных для последующей эффективной многооперационной штамповки высококачественных сердечников различных геометрических размеров;

- экспериментальным методом делительных сеток установлены кинематические закономерности течения деформируемого материала в полости рабочего инструмента при холодной штамповке сердечников, которые позволили в совокупности с результатами теоретических решений установить зависимость координаты микрозоны, в которой запас пластичности исчерпывается в наибольшей степени, и величины исчерпания указанного запаса пластичности с учетом по-

вреждаемости материала от степени обжатия головной части и угла конусности рабочей полости инструмента, при этом сама деформация оказалась близкой к простой и позволяющей в дальнейших расчетах пользоваться теорией конечных деформаций.

Практическая значимость:

- разработаны и запатентованы новые способы штамповки сердечников пуль из высокопрочных материалов с проектированием специальной штамповой оснастки для их реализации;

- разработаны методика и программное обеспечение проектирования технологических процессов штамповки сердечников пуль с учетом сообщаемой на каждой операции, остаточной после отжига, суммарной накопленной и предельно допустимой для готовых изделий поврежденности материала этих сердечников;

- создан комплекс практических рекомендаций по разработке и реализации вариантов технологических процессов многооперационной холодной объемной штамповки для различных остроконечных сердечников пуль.

Реализация работы. Разработаны новые технологические процессы штамповки ряда конструктивных вариантов сердечников пуль повышенного качества из высокопрочных материалов, удовлетворяющие техническим условиям на изготовление, которые внедрены в производстве АО «Тульский патронный завод» и АО «КБП им. академика А.Г. Шипунова» со значительным экономическим эффектом.

Технико-экономическая эффективность разработанных наукоемких конкурентоспособных технологических процессов заключается в повышении эффективности действия пуль с указанными сердечниками по преградам на 18 - 26 % и снижении технологической себестоимости изготовления остроконечных сердечников на 16 - 23 % при уменьшении количества формообразующих и сопутствующих термохимических операций.

Отдельные материалы научных исследований использованы в учебном

процессе на кафедре «Механика пластического формоизменения» ФГБОУ ВО «Тульский государственный университет»:

- при чтении лекций, проведении лабораторных и практических занятий, при подготовке магистров направления 15.04.01 «Машиностроение» и направления 15.04.02 «Технологические машины и оборудование», а также в научно-исследовательской работе студентов.

По материалам диссертационной работы опубликованы 2 учебных пособия для подготовки магистров направлений 15.04.01 «Машиностроение» и 15.01.02 «Технологические машины и оборудование»:

1) Механика процессов пластического формообразования: учеб. пособие / С.В. Недошивин [и др.] / под ред. С.С. Яковлева. Тула: Изд-во ТулГУ, 2013. 181 с.;

2) Специальные технологические процессы холодной обработки металлов давлением: учебн. пособие. В 2-х частях. Часть 1. Специальные технологические процессы холодной штамповки / С.В. Недошивин [и др.] / под ред. С.С. Яковлева. 2-е изд. перераб. и доп. Тула: Изд-во ТулГУ, 2011. 200 с.

Апробация работы. Результаты исследований доложены на Международной НТК, посвященной 150-летию со дня рождения С.И. Мосина, г. Тула, 1999; Международной НТК «Проблемы проектирования и производства систем и комплексов», г. Тула, 2001; Международной НТК «Пути повышения эффективности применения ракетно-артиллерийских комплексов», г. Пенза. ПАИИ, 2001; Региональной НТК «Техника XXI века глазами молодых ученых и специалистов», г.Тула, 2002; Международной НТК «Прогрессивные методы и технологическое оснащение процессов обработки металлов давлением», г. Санкт-Петербург, 2009, а также на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ФГБОУ ВО «Тульский государственный университет» (2005-2017 гг.).

За значительный вклад в развитие науки и техники в области машиностроения и новых технологий автор в составе коллектива в 2011 г. был удостоен зва-

ния лауреата премии им. С.И. Мосина.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 33 работы, среди них: 28 статей в рецензируемых изданиях и сборниках, входящих в «Перечень периодических научных и научно-технических изданий, выпускаемых в Российской Федерации, в которых рекомендуется публикация основных результатов диссертаций на соискание ученой степени доктора наук»; 2 статьи в различных сборниках научно-технических трудов, 4 патента, 1 свидетельство о регистрации программы на ЭВМ. Общий объем - 42 печ. л., авторский вклад - 22 печ. л.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести разделов, заключения, списка использованных источников из 210 наименований, 4 приложений и включает 324 страницы основного текста, 116 рисунков и 29 таблиц. Общий объем - 357 страниц.

Диссертационная работа является дальнейшим развитием технологии операций холодной объемной штамповки и ее теоретического анализа методом линий скольжения и экспериментального - методом делительных сеток и проведением планируемых многофакторных исследований, у истоков которой стояли отечественные ученые: Н.П. Агеев [4, 5], Г.Д. Дель [20], Друянов [27], А.З. Журавлев [31,32], Д.Д. Ивлев [33, 34], А.А. Ильюшин [35], А.Ю. Ишлинский [36, 37], Л.М. Качанов [38], В.М. Кириллов [39], В.Л. Колмогоров [43], А.Н. Малов [52, 53], Г.А. Навроцкий [61], Р.И. Непершин [27], В.П. Огородников [4, 5], Е.А. Попов [167], И.П. Ренне [10, 20, 151-153], В.М. Сабельников [39], М.В. Сторожев [167], А.Д. Томленов [170], Л.А. Шофман [186, 187], а также зарубежные исследователи: Г. Генки [19, 194, 195], У. Джонсон [22, 23], Т. Карман [176], Ш. Коба-яши [40], Х. Кудо [22], П. Меллор [23], Б. Сен-Венан [157,158, 204, 205], Э. Том-сен [171], А. Хаар [176], Р. Хилл [182, 197,198], Р. Шилд [184, 185, 207, 208], Ч. Янг [171], Х. Geiringer [192], W. Luders [201], R. Von. Mises [202], Н. Tresca [209].

Во введении обоснованы актуальность рассматриваемой в работе проблемы, ее научная новизна, практическая полезность и кратко раскрыто содержание разделов диссертационной работы.

Первый раздел содержит анализ патентных исследований современных конструкций остроконечных сердечников. Все известные конструкции сердечников классифицированы на основе геометрических параметров головных частей. Выделены три основные группы современных остроконечных сердечников, требующие своего варианта технологии их изготовления [70, 96, 98, 101].

Проанализированы известные подходы к технологии изготовления сердечников. Выяснено, что большинство традиционных способов пластического формообразования не обеспечивают возможности окончательного и бездефектного получения остроконечных головных частей сердечников в условиях крупносерийного и массового автоматизированного производства отрасли и что необходимо использовать способ пластического формообразования, представляющий собой прямое выдавливание в профильную рабочую полость по схеме с разъемным инструментом.

Проведён анализ результатов состояния теоретических исследований типовых технологических операций в условиях плоского деформированного состояния. Рассмотрены существующие подходы к экспериментальным исследованиям [18, 28, 48, 51, 67, 71, 75-77, 85] и известное теоретическое решение задачи о течении материала в сужающемся клиновом канале при аппроксимации свободной границы дугой окружности, основанное на аналитическом методе линий скольжения [7, 8, 11, 45, 46, 54, 55, 58-60, 66].

Поставлены цель и задачи исследований.

Во втором разделе обоснованы варианты технологического процесса на основе новых способов пластического формообразования типовых конструктивных вариантов сердечников, предварительно классифицированных на соответствующие группы по различным конструктивным особенностям [66, 67, 69, 70, 71, 75].

Приведены разработанные новые способы холодной штамповки для изготовления выявленных основных конструктивных групп современных сердечников пуль и предложены пути дальнейшего возможного совершенствования решений в области производства поражающих элементов для систем стрелкового и артиллерийского вооружения [143-147].

На основе предложенной методики и с помощью разработанной компьютерной программы спроектирован усовершенствованный технологический процесс изготовления современного конструктивного варианта бронебойного сердечника, позволяющий улучшить механические свойства готового изделия за меньшее количество операций [155].

В третьем разделе разработан математический аппарат аналитического решения широкого класса задач осевой симметрии для вариантов, когда свободная от внешних нагрузок и контакта граница пластической области аппроксимируется отрезком прямой линии [81, 82, 93, 99,101,103, 105, 107-109, 111-115].

Сформулированы правила и получены соответствующие зависимости аналитического описания участков полей линий скольжения, примыкающих к прямолинейной свободной от контакта и внешних нагрузок пластической границе, в осесимметичных задачах теории пластичности при аппроксимации граничных линий скольжения этих участков логарифмическими спиралями. В частности, показано, что при удалении свободной пластической границы от оси симметрии схемы процесса конструкция участка поля линий скольжения, схематизирующая соответствующий очаг деформации, плавно перестраивается в треугольное прямолинейное поле равномерного напряженного состояния, соответствующее условиям плоской деформации.

Разработанный алгоритм аналитического описания полей линий скольжения в осесимметричных задачах теории пластичности апробирован при решении классической задачи о начальном пластическом течении при вдавливании гладкого плоского цилиндрического штампа в полубесконечное пространство. Аналитически определены геометрические и силовые параметры исследуемого про-

цесса, показавшие хорошую сходимость полученных результатов с известными теоретическими решениями, выполненными численными методами расчета полей линий скольжения.

Результаты проведенного теоретического исследования иллюстрированы соответствующими графическими зависимостями, которые, в ряде случаев, аппроксимированы удобными для практического использования полиномиальными моделями с указанием статистических параметров качества аппроксимации.

В четвертом разделе изложены результаты исследований деформированного состояния в технологических операциях штамповки сердечников с коническими головными частями методом делительных сеток инструментом, имеющим рабочую полость с изменяющимся от операции к операции углом конусности.

Рассматривается распределение в пластической области накопленной степени деформации сдвига Л и показателя напряженного состояния а / Т при штамповке конических головных частей сердечников пуль с помощью метода делительных сеток. При этом опасная (с точки зрения степени исчерпания запаса пластичности) точка в пластической области располагается на оси симметрии на некотором небольшом удалении от вершинки конуса, и ее координата зависит от степени обжатия (отношения диаметра вершинки острия к диаметру цилиндрической части заготовки) и от угла конусности штампуемой головной части сердечника [65, 67, 69, 72, 77, 88, 90, 115].

Установлено, что при штамповке конических головных частей сердечников с уменьшающимся от операции к операции углом конусности полости матрицы опасные точки значительно меняют свои координаты (смещаются к основанию головной части изделия), оставаясь на оси симметрии. На каждой последующей операции эти опасные точки связаны уже с другими материальными волокнами, в которых после первого этапа величины Л и а / Ту были гораздо меньше, чем в

зоне опасной точки. Это позволяет значительно увеличить остаточный запас пластичности штампуемой головной части, т.е. уменьшить уровень накопленных

остаточных микроповреждений, и выровнять механические характеристики материала по деформируемому объему.

В пятом разделе приводятся результаты проектирования многооперационных технологических процессов холодной штамповки сердечников с учетом повреждаемости материала.

Изложена разработанная методика расчета числа формообразующих операций, размеров заготовки и промежуточных полуфабрикатов с учетом сообщаемой на каждой формообразующей операции накапливаемой по ходу технологического процесса и остаточной после термических операций поврежденности для различных материалов при заданном уровне результирующей остаточной повре-жденности готового изделия [70,71, 74, 89, 91, 96, 104, 106, 110, 116, 117].

Создана компьютерная программа CoreTech, реализующая разработанную методику проектирования многооперационной технологии холодной штамповки компактных сердечников пуль с учетом повреждаемости материала, в соответствии с которой на каждой операции деформируется весь объем заготовки [155].

Разработана основа для дополнительного модуля «Arrow» к программе CoreTech, позволяющая проектировать многооперационную технологию холодной штамповки удлиненных поражающих элементов, в соответствии с которой на каждой операции деформируется лишь часть объема заготовки, из формирующего головную часть.

В шестом разделе проведены статистические исследования качества изготовления сердечников пуль и на основе их результатов спроектирована и запатентована специальная штамповая оснастка для реализации новых разработанных способов штамповки сердечников пуль [63-65, 67, 87, 90-92, 94, 95, 98].

В частности, на ряде опытно-промышленных партий проведен статистический анализ точности изготавливаемых сердечников по длине и массе и выполнен статистический прогноз вероятности брака. Исходя из результатов данного анализа, были разработаны новые устройства штамповой оснастки для калибров-

ки массы и длины заготовок сердечников, штамповки остроконечных сердечников с укороченной цилиндрической частью и для штамповки удлинённых сердечников с обеспечением повышенной стойкости выталкивателей.

В заключении приведены основные результаты и выводы, полученные при проведении комплекса теоретических и экспериментальных исследований, а также конструкторско-технологических разработок.

Список литературы диссертационного исследования доктор наук Недошивин Сергей Владимирович, 2020 год

// // //

pictureBox1

this.pictureBox1.Image = global::ПРОГРАММА 0 1.Properties.Resources.Способ штамповки 1;

this.pictureBox1.InitialImage = ((System.Drawing.Image)(resources.GetObject("pictureBox1.InitialImage"))) this.pictureBox1.Location = new System.Drawing.Point(12, 305) this.pictureBox1.Name = "pictureBox1";

this.pictureBox1.Size = new System.Drawing.Size(185, 278); this.pictureBox1.SizeMode = System.Windows.Forms.PictureBoxSizeMode.StretchImage; this.pictureBox1.TabIndex = 26; this.pictureBox1.TabStop = false;

this.pictureBox1.Visible = false;

//

// pictureBox4

//

this.pictureBox4.BackColor = System.Drawing.Color.LightGray;

this.pictureBox4.BorderStyle = System.Windows.Forms.BorderStyle.Fixed3D;

this.pictureBox4.Location = new System.Drawing.Point(8, 305); this.pictureBox4.Name = "pictureBox4";

this.pictureBox4.Size = new System.Drawing.Size(804, 432); this.pictureBox4.TabIndex = 39;

this.pictureBox4.TabStop = false;

//

// pictureBox3 //

this.pictureBox3.Image = global::ПРОГРАММА 0 1.Properties.Resources.Подсказка1;

this.pictureBox3.Location = new System.Drawing.Point(32 4, 169); this.pictureBox3.Name = "pictureBox3";

this.pictureBox3.Size = new System.Drawing.Size(15, 15); this.pictureBox3.SizeMode = System.Windows.Forms.PictureBoxSizeMode.StretchImage; this.pictureBox3.TabIndex = 38; this.pictureBox3.TabStop = false; this.pictureBox3.MouseLeave += new System.EventHandler(this.pictureBox3 MouseLeave);

this.pictureBox3.MouseHover += new

System.EventHandler(this.pictureBox3 MouseHover);

//

// pictureBox2 //

this.pictureBox2.Image = global::ПРОГРАММА 0 1.Properties.Resources.Подсказка1;

this.pictureBox2.Location = new System.Drawing.Point(32 4, 140); this.pictureBox2.Name = "pictureBox2";

this.pictureBox2.Size = new System.Drawing.Size(15, 15); this.pictureBox2.SizeMode = System.Windows.Forms.PictureBoxSizeMode.StretchImage; this.pictureBox2.TabIndex = 37; this.pictureBox2.TabStop = false; this.pictureBox2.MouseLeave += new System.EventHandler(this.pictureBox2 MouseLeave);

this.pictureBox2.MouseHover += new

System.EventHandler(this.pictureBox2 MouseHover);

//

// label19 //

this.label19.AutoSize = true;

this.label19.Font = new System.Drawing.Font("Microsoft Sans Serif", 6.75F, System.Drawing.FontStyle.Bold, System.Drawing.GraphicsUnit.Point, ((byte)(204)));

this.label19.Location = new System.Drawing.Point(8, 197); this.label19.Name = "label19";

this.label19.Size = new System.Drawing.Size(2 72, 12); this,label19.TabIndex = 44;

this.label19.Text = "Программа для расчёта размеров полуфабрикатов

";

//

// label20 //

this.label20.AutoSize = true;

this.label2 0.Font = new System.Drawing.Font("Microsoft Sans Serif", 6.75F, System.Drawing.FontStyle.Bold, System.Drawing.GraphicsUnit.Point, ((byte)(204)));

this.label2 0.Location = new System.Drawing.Point(9, 215); this.label20.Name = "label20";

this.label20.Size = new System.Drawing.Size(2 57, 12); this.label2 0.TabIndex = 45;

this.label2 0.Text = "бронебойных сердечников пуль и их количества";

//

// linkLabel1 //

this.linkLabel1.AutoSize = true;

this.linkLabel1.Font = new System.Drawing.Font("Microsoft Sans Serif", 6.75F, System.Drawing.FontStyle.Regular, System.Drawing.GraphicsUnit.Point, ((byte)(204)));

this.linkLabel1.Location = new System.Drawing.Point(59, 238); this.linkLabel1.Name = "linkLabel1";

this.linkLabel1.Size = new System.Drawing.Size(8 6, 12); this.linkLabel1.TabIndex = 46; this.linkLabel1.TabStop = true;

this.linkLabel1.Text = "[e-mail]";

//

// label21 //

this.label21.AutoSize = true;

this.label21.Font = new System.Drawing.Font("Microsoft Sans Serif", 6.75F, System.Drawing.FontStyle.Regular, System.Drawing.GraphicsUnit.Point, ((byte)(204)));

this.label21.Location = new System.Drawing.Point(9, 238); this.label21.Name = "label21";

this.label21.Size = new System.Drawing.Size(4 9, 12); this.label21.TabIndex = 47;

this.label21.Text = "Контакты:";

//

// linkLabel2 //

this.linkLabel2.AutoSize = true;

this.linkLabel2.Font = new System.Drawing.Font("Microsoft Sans Serif", 6.75F, System.Drawing.FontStyle.Regular, System.Drawing.GraphicsUnit.Point, ((byte)(204)));

this.linkLabel2.Location = new System.Drawing.Point(60, 253); this.linkLabel2.Name = "linkLabel2";

this.linkLabel2.Size = new System.Drawing.Size(77, 12); this,linkLabel2.TabIndex = 48; this.linkLabel2.TabStop = true;

this.linkLabel2.Text = "[phone]";

//

// Form1 //

this.AutoScaleDimensions = new System.Drawing.SizeF(6F, 13F);

this.AutoScaleMode = System.Windows.Forms.AutoScaleMode.Font;

this.BackColor = System.Drawing.Color.DarkGray;

this.ClientSize = new System.Drawing.Size(1277, 745);

this.Controls.Add(this.linkLabel2);

this.Controls.Add(this.label21);

this.Controls.Add(this,linkLabel1);

this.Controls.Add(this.label20);

this.Controls.Add(this.label19);

this.Controls.Add(this.pictureBox5);

this.Controls.Add(this.comboBox2);

this.Controls.Add(this.label18);

this.Controls.Add(this.comboBox1);

this.Controls.Add(this.pictureBox1);

this.Controls.Add(this.pictureBox4);

this.Controls.Add(this.pictureBox3);

this.Controls.Add(this.pictureBox2);

this.Controls.Add(this.label38);

this.Controls.Add(this.label37);

this.Controls.Add(this.label3 6);

this.Controls.Add(this.label35);

this.Controls.Add(this.label34);

this.Controls.Add(this.label33);

this.Controls.Add(this.label32);

this.Controls.Add(this.label31);

this.Controls.Add(this.label17);

this.Controls.Add(this.button2);

this.Controls.Add(this.textBox9);

this.Controls.Add(this.label16);

this.Controls.Add(this.label15);

this.Controls.Add(this.label14);

this.Controls.Add(this.label13);

this.Controls.Add(this.label12);

this.Controls.Add(this.textBox8);

this.Controls.Add(this.textBox7);

this.Controls.Add(this.textBox6);

this.Controls.Add(this.textBox4);

this.Controls.Add(this.textBox3);

this.Controls.Add(this.label11);

this.Controls.Add(this.label10);

this.Controls.Add(this.label9);

this.Controls.Add(this.label8);

this.Controls.Add(this.label7);

this.Controls.Add(this.label6);

this.Controls.Add(this.label5);

this.Controls.Add(this.label4);

this.Controls.Add(this.button1);

this.Controls.Add(this.textBox2);

this.Controls.Add(this.label3);

this.Controls.Add(this.label2);

this.Controls.Add(this.textBox1);

this.Controls.Add(this.label1);

this.Font = new System.Drawing.Font("Microsoft Sans Serif", 8.25F, System.Drawing.FontStyle.Regular, System.Drawing.GraphicsUnit.Point, ((byte)(0)));

this.Icon =

((System.Drawing.Icon)(resources.GetObject("$this.Icon"))); this.Name = "Form1"; this.StartPosition = System.Windows.Forms.FormStartPosition.CenterScreen; this.Text = "CoreTech© v1.0"; this.FormClosing += new System.Windows.Forms.FormClosingEventHandler(this.Form1 FormClosing);

((System.ComponentModel.ISupportInitialize)(this.pictureBox5)).EndInit();

((System.ComponentModel.ISupportInitialize)(this.pictureBox1)).EndInit();

((System.ComponentModel.ISupportInitialize)(this.pictureBox4)).EndInit();

((System.ComponentModel.ISupportInitialize)(this.pictureBox3)).EndInit();

((System.ComponentModel.ISupportInitialize)(this.pictureBox2)).EndInit(); this.ResumeLayout(false); this.PerformLayout();

}

#endregion

private System.Windows.Forms.Label label1; private System.Windows.Forms.TextBox textBox1; private System.Windows.Forms.Label label2; private System.Windows.Forms.Label label3; private System.Windows.Forms.TextBox textBox2; private System.Windows.Forms.Button buttonsprivate System.Windows.Forms.Label label4; private System.Windows.Forms.Label label5; private System.Windows.Forms.Label label6; private System.Windows.Forms.Label label7; private System.Windows.Forms.Label label8; private System.Windows.Forms.Label label9; private System.Windows.Forms.Label label10; private System.Windows.Forms.Label label11; private System.Windows.Forms.TextBox textBox3; private System.Windows.Forms.TextBox textBox4; private System.Windows.Forms.TextBox textBox6; private System.Windows.Forms.TextBox textBox7; private System.Windows.Forms.TextBox textBox8; private System.Windows.Forms.Label label12; private System.Windows.Forms.Label label13 private System.Windows.Forms.Label label14 private System.Windows.Forms.Label label15 private System.Windows.Forms.Label label16; private System.Windows.Forms.TextBox textBox9; private System.Windows.Forms.PictureBox pictureBox1; private System.Windows.Forms.Label label17; private System.Windows.Forms.Label label31 private System.Windows.Forms.Label label32 private System.Windows.Forms.Label label33 private System.Windows.Forms.Label label36 private System.Windows.Forms.Label label35 private System.Windows.Forms.Label label34 private System.Windows.Forms.Label label37 private System.Windows.Forms.Label label38; private System.Windows.Forms.Button button2; private System.Windows.Forms.PictureBox pictureBox2; private System.Windows.Forms.PictureBox pictureBox3; private System.Windows.Forms.PictureBox pictureBox4; private System.Windows.Forms.ComboBox comboBox1; private System.Windows.Forms.Label label18; private System.Windows.Forms.ComboBox comboBox2; private System.Windows.Forms.PictureBox pictureBox5; private System.Windows.Forms.Label label19; private System.Windows.Forms.Label label20; private System.Windows.Forms.LinkLabel linkLabel1; private System.Windows.Forms.Label label21; private System.Windows.Forms.LinkLabel linkLabel2;

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО

«КОНСТРУКТОРСКОЕ БЮРО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ

INSTRUMENT DESIGN BUREAU ИМ. АКАДЕМИКА А. Г. ШИПУНОВА»

Россия, 300001, Тула, Щегловская засека, 59. Тел. [phone]. Факс [phone],46-9861. E-mail: [e-mail]

№

На №

от

УТВЕРЖДАЮ

Директор по научной работе АО КБП, доктор технических наук, член-корреспондент РАРАН

\ л-

В.В. Семилет

АКТ ОБ ИСПОЛЬЗОВАНИИ РЕЗУЛЬТАТОВ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Настоящим актом подтверждается, что в производстве филиала АО КБП им. академика А.Г. Шипунова используются результаты исследований Недоши-вина Сергея Владимировича по совершенствованию технологии производства сердечников пуль, базирующейся на операциях многооперационного холодного деформирования.

Эффективность преодоления металлических и, особенно, тканевых защитных преград сердечниками пистолетных пуль в значительной степени зависит от остроты их вершинки при обеспечении возможно более высоких механических характеристик материала сердечников.

Решению данной проблемы посвящены запатентованные: способ изготовления таких сердечников методами обработки металлов давлением, а также специальная штамповая оснастка, позволяющая, в частности, штамповать указанные сердечники при малой длине цилиндрического участка полуфабриката. Разработана матрица специальной конструкции, обеспечивающая совмещение первой формообразующей операции с калибровкой заготовки по длине и массе.

Использование результатов проведенного комплекса исследований, а также выработанные практические рекомендации по проектированию многооперационных технологических процессов, базирующихся на процессах холодной объемной штамповки, дает возможность обеспечить, при изготовлении различных конструктивных вариантов высокопрочных сердечников пистолетных пуль, повышение их эффективности действия по преграде на 18-26% и уменьшение технологической себестоимости изготовления на 16-23% при крупносерийном производстве.

Технический руководитель по комплексам активной защиты и пушечному вооружению,

доктор технических наук, профессор

7

Ю.Г. Нечепуренко

Подпись В.В. Семилета и Ю.Г. Нечепуренко подтверждаю.

доктор технических наук, про

Ученый секретарь НТС АО К1

Е.Н. Семашкин

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

УТВЕРЖДАЮ

Генералюцлй директор р^^рт^О^Тульский патронный завод»

и а т п л п л

** ^^^ А.Л.Митрофанов

АКТ ОБ ИСПОЛ

НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Настоящим актом подтверждается, что в производстве АО «Тульский патронный завод» используются результаты исследований Недошивина Сергея Владимировича, изложенные в его работе на соискание ученой степени доктора технических наук, по совершенствованию технологических процессов производства сердечников пуль.

Разработанные высокотехнологичные и защищенные патентами на изобретение способы холодного пластического формообразования различных вариантов сердечников пуль, штамповал оснастка и инструмент, а также практические рекомендации, полученные на основе теоретических и экспериментальных исследований, апробированы и используются в производстве предприятия.

Обоснованность расчетов по разработанной компьютерной программе, базирующейся на новом способе многооперационной холодной штамповки сердечников, повышающем гидростатическое давление в пластической области, снижающем повреждаемость деформируемого материала, и, как следствие, уменьшающем количество формообразующих операций, подтверждена экспериментально.

Отдельные результаты проведенного комплекса исследований и разработанные практические рекомендации позволили усовершенствовать и повысить эффективность технологии холодной штамповки различных вариантов высокопрочных сердечников пуль, повысив их качество на 13-22 % и уменьшив технологическую себестоимость изготовления на 12-18 %.

Главный инженер

М.А.Иванов

ПРИЛОЖЕНИЕ 4