Повышение эффективности изготовления фланцевых поковок на основе анализа технологических схем штамповки

В современном производстве горячая объёмная штамповка (ГОШ) является одним из основных способов изготовления поковок самых различных типов и размеров, массой от десятков граммов до ста и более килограммов.

Фланцевые поковки занимают значительную часть в номенклатуре продукции кузнечных цехов. Варианты технологических схем изготовления этих поковок выбирают в зависимости от серийности, имеющегося оборудования, специфических требований к качеству, технологических особенностей механической обработки поковок, уровня и культуры кузнечно-штамповочного производства. В настоящее время в большинстве случаев фланцевые поковки изготавливают на кривошипных горячештамповочных прессах (КГШП).

Традиционные технологии изготовления поковок, применяемые в большинстве кузнечных цехов, основаны на исследованиях и методах проектирования, созданных в середине прошлого века.

В России разработан новый принцип ГОШ — бесподпорная штамповка. Сущность её заключается в получении окончательно отштампованной поковки без подпора со стороны вытесняемого в облой металла. Это позволяет достичь значительного снижения сил деформирования при одновременном уменьшении отходов металла. Реализуемые таким образом технологии предъявляют повышенные требования к проектированию переходов штамповки и возможны только при рационально подготовленном полуфабрикате.

В основе изготовления одной и той же детали могут лежать различные технологические схемы штамповки. Выбор лучшей осуществляется на основе анализа таких показателей эффективности технологического процесса, как отсутствие дефектов штамповки (зажимы), металлоёмкость (масса заготовки), энергосиловые параметры (работа пластического деформирования, величина и характер изменения технологического усилия), прочность инструмента, условия работы технологического оборудования (динамические нагрузки в деталях и узлах пресса).

Известны исследования формообразования (и энергосиловых параметров) для кольцевых поковок. Однако возможность применения бесподпорной ГОШ для изготовления фланцевых поковок не изучена. Так же не исследовано влияние новых технологий на условия работы технологического оборудования.

Решению этих вопросов посвящена данная работа. Цель работы. Совершенствование технологии изготовления фланцевых поковок, направленное на снижение металлоёмкости, энергосиловых параметров и повышения прочности инструмента. Задачи исследования:

1. Исследовать влияние различных технологических схем штамповки фланцевых поковок на показатели их эффективности (металлоёмкость, энергетические затраты и прочность инструмента).

2. Разработать физическую модель и выполнить на её основе тестирование расчётной модели пластического деформирования металла при штамповке фланцевых поковок.

3. Исследовать возможность использования принципа бесподпорной штамповки для изготовления фланцевых поковок.

4. Разработать математическую модель кривошипно-ползунного механизма и методику комплексной оценки технологического процесса изготовления фланцевых поковок на основе обобщённого анализа его основных параметров и динамических характеристик системы КГШП — ГОШ.

Научная новизна работы:

• обоснована целесообразность применения принципа бесподпорной штамповки для изготовления фланцевых поковок;

• разработана методика комплексного исследования влияния технологических схем штамповки на эффективность процесса изготовления фланцевых поковок на КГШП;

• создана модель кривошипно-ползунного механизма, позволяющая учесть при расчёте показателей, определяющих условия работы.

КГШП, массу и жёсткость шатуна и ползуна пресса, жёсткость станины, силы трения и зазоры в кинематических парах, технологические и конструкционные нагрузки- • обоснован эффект снижения сил пластического деформирования и динамических нагрузок в деталях механизмов КГШП за счет применения бесподпорной штамповки фланцевых поковок.

Практическая значимость полученных результатов. На основе установленной возможности применения принципа бесподпорной штамповки при изготовлении фланцевых поковок разработана методика проектирования, отвечающая требованиям минимизации материальных и энергетических ресурсов.

Выявленное снижение сил пластического деформирования и динамических нагрузок позволили разработать рекомендации по расширению технологических возможностей КГШП при штамповке фланцевых поковок. Реализация результатов работы.

Разработанная методика проектирования технологических переходов штамповки, реализующая принцип бесподпорной штамповки и рекомендации по расширению технологических возможностей КГШП при изготовлении фланцевых поковок, переданы ООО «Липецкий кузнечный завод».

Методика разработки технологических схем штамповки фланцевых поковок, компьютерная модель кривошипно-ползунного механизма горячеш-тамповочного пресса и методика расчета динамических характеристик пресса переданы университету города Мосула (Ирак) для использования в научных исследованиях и в учебном процессе.

Методика комплексного исследования системы кривошипно-ползунный пресс — технологическая схема горячей объёмной штамповки фланцевой поковки с применением методов компьютерного моделирования пластического формоизменения металла и динамических нагрузок в КГШП переданы кафедре механики пластического деформирования ФГБОУ ЛГТУ и используются в учебном процессе.

Положения, выносимые на защиту:

1. Обоснование целесообразности применения принципа бесподпорной штамповки для изготовления фланцевых поковок.

2. Методика расчёта показателей эффективности системы КГШПГОШ на основе обобщённого анализа основных характеристик технологического процесса штамповки и динамических процессов в КГШП.

3. Результаты исследования влияния различных технологических схем штамповки фланцевых поковок на материальные и энергетические затраты и напряжения в инструменте.

4. Модель кривошипно-ползунного механизма как объекта системы комплексного анализа показателей эффективности системы КГШП — ГОШ.

Апробация работы. Материалы работы доложены и обсуждены на: XII международной научно-практической конференции «Современные технологии в машиностроении», г. Пенза, 2008 г.- VI международной научно-технической технической конференции «Металлургия начала нового тысячелетия», г. Липецк: ЛГТУ, 2009 г.- УП международной научно-технической конференции «Материалы и технологии XXI века», г. Пенза, 2009 г.- международной научно-практической конференции преподавателей, сотрудников и аспирантов «Образование, наука, производства и управление», г. Старый Оскол: СТИ НИТУ МИСиС, 2009 г.- всероссийской научной конференции молодых ученых «Наука. Технологии. Инновации», г. Новосибирск, НГТУ, 2009 г.- V международной научно-технической конференции «Автоматизация и энергосбережение машиностроительного и металлургического производства, технология и надежность машин, приборов и оборудования» г. Вологда: ВоГТУ, 2009 г.- региональной научно-технической конференции, г. Липецк: ЛГТУ, 2009 г.- научно-практической конференции преподавателей, сотрудников и аспирантов с международным участием «Образование, наука, производства и управление», г. Старый Оскол: СТИ НИТУ МИСиС, 2010 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 работ из них 7 статей, в том числе 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 1 статья в зарубежном издании, 8 докладов и тезисов докладов на региональных, всероссийских и международных научных конференциях, 1 зарегистрированная программа для ЭВМ.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы из 168 наименований и приложения. Материалы диссертации изложены на 143 страницах машинописного текста, содержат 86 рисунков и 16 таблиц.

Результаты исследования используются при изучении курсов: «Теория обработки металлов давлением», «Технология ковки и объёмной штамповки», «Компьютерное моделирование процессов и оборудования».

И.о. заведующего кафедры механики пластического деформирования доцент, к.т.н.

Золотухин П.И.