Разработка ресурсосберегающей технологии безоблойной полугорячей штамповки поковок типа крестовин тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.05, кандидат технических наук Фёдоров, Александр Андреевич

• Фёдоров, Александр Андреевич
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Фёдоров, Александр Андреевич

Содержание

Введение

1 Обзор технологий, теоретических и экспериментальных исследований процессов штамповки поковок типа тел вращения

1.1 Безоблойная штамповка поковок выдавливанием в закрытых штампах

1.2 Выбор оптимальной температуры нагрева заготовок и метода планирования эксперимента для штамповки выдавливанием

1.3 Методики определения силовых параметров процесса штамповки

Выводы и постановка задач исследования

2 Исследование процесса выдавливания поковки крестовины

2.1 Методика проведения компьютерного моделирования процесса выдавливания

2.2 Компьютерное моделирование первой стадии процесса выдавливания

2.3 Моделирование второй стадии процесса выдавливания

2.3.1 Компьютерное моделирование второй стадии

2.3.2 Проверка адекватности модели

2.3.3 Математическая модель второй стадии выдавливания

2.4 Моделирование третьей стадии процесса выдавливания

2.4.1 Компьютерное моделирование третьей стадии выдавливания

2.4.2 Математическое моделирование третьей стадии выдавливания

2.5 Определение полного усилия выдавливания поковки

Выводы

3 Исследование механических свойств стали 20Х

3.1 Исследование образцов на горячее кручение

3.1.1 Определение предельной пластичности

3.1.2 Определение сопротивления деформации

3.2 Методика определения поверхностного угара

3.3 Результаты исследований

3.4 Оценка точности экспериментов

3.4.1 Погрешности экспериментов при определении пластичности

металлов

3.4.2 Погрешности экспериментов при определении

сопротивления металла деформации

3.4.3 Погрешности экспериментов при определении

поверхностного угара

Выводы

4 Моделирование температуры нагрева заготовки из стали 20Х

4.1 Функция желательности для решения задач с несколькими откликами

4.2 Аналитический метод определения обобщеной функции желательности

4.3 Алгоритм выбора технологического процесса штамповки

выдавливанием

Выводы

5 Проектирование процесса бокового выдавливания поковки

5.1 Порядок разработки процесса полугорячего выдавливания

5.2 Разработка технологии штамповки детали «крестовина»

5.3 Внедрение технологического процесса выдавливания поковки крестовины

5.4 Экономическая эффективность внедрения процесса полугорячего

выдавливания детали «крестовина»

Выводы

Заключение и основные выводы

Список использованных источников

Приложение А

Приложение Б

Приложение В

Приложение Г

Приложение Д

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка ресурсосберегающей технологии безоблойной полугорячей штамповки поковок типа крестовин»

Введение

Одним из главных резервов ускорения развития экономики является рациональное использование всего, чем мы располагаем, и в первую очередь металла. Машиностроители изыскивают дополнительные резервы экономии металла, одним из направлений которых является совершенствование заготовительной базы и внедрение малоотходных технологических процессов.

Точная объемная штамповка в закрытых штампах может в настоящее время обеспечить получение поковок по третьему классу точности. При этом детали, изготовленные объемной штамповкой в закрытых штампах, обладают более высокой прочностью и надежностью, чем при облойной штамповкой в открытых штампах.

Несмотря на внедрение прогрессивных технологии, обеспечивающих значительную экономию материальных ресурсов, все еще большое количество металла уходит в отходы и в стружку. В течение почти десятилетнего периода металлоотходы в машиностроении и металлообработке остаются на одном и том же уровне - 27%. Сокращение количества отходов в значительной степени зависит от совершенствования заготовительной базы.

Вопросы оптимизации структуры парка оборудования заготовительных цехов машиностроительных предприятий и получения точных заготовок весьма актуальны на промышленных предприятиях страны. Однако в настоящее время предприятия все еще имеют в наличии большой парк металлорежущих станков для черновых, обдирочных и других подготовительных работ, а в трудоемкости механической обработки 50 - 80% составляют работы по удалению лишних припусков. Машиностроители ежегодно вынуждены терять более 750 тыс. т металлопроката по причине несоответствия заготовок готовой продукции по размерам и объемной массе.

Поэтому использование оптимальных, с точки зрения обработки заготовок для получения готовой продукции позволит, во-первых, повысить коэффициент использования оборудования за счет сокращения времени на об-

работку, а во-вторых, сократить расходы на инструменты за счет повышения их срока службы, доля которого в себестоимости составляет 5 - 8%, а иногда и 40%.

Подводя итог вышесказанному, можно сделать вывод, что ускорение перехода на малоотходную технологию изготовления деталей, наращивание выпуска точных заготовок особенно важно для экономии металла в машиностроении. Особое внимание должно быть уделено рассмотрению технологических возможностей выпуска оборудования для малоотходной штамповки на основе создания новых конструкций малоотходных штампов и существующих схем горячей штамповки.

Актуальность исследования.

Развитие кузнечно-штамповочного производства позволяет в настоящее время получать точные по массе поковки с минимальными припусками на механическую обработку и существенным уменьшением металлоотходов за счет применения безоблойной схемы штамповки.

В настоящее время перспективным направлением развития безоблойной штамповки является штамповка выдавливанием, которая позволяет получать поковки по форме и размерам приближенным к готовым деталям.

Одним из направлений, позволяющих расширить границы применения штамповки выдавливанием, является разработка процесса выдавливания из шаровой заготовки в закрытых штампах. Поэтому развитие теории и совершенствование технологии безоблойной схемы штамповки выдавливанием в закрытых штампах, направленное на уменьшение потери металла, является актуальным.

Работа выполнена в соответствии с Государственной программой «Основы политики РФ в области развития науки и технологий на период до 2010 г. и дальнейшую перспективу» от 30 марта 2002 г. и перечнем критических технологий РФ, разделы «Компьютерное моделирование», «Энергосбережение», а также в соответствии с приоритетными направлениями развития науки, технологий и техники в РФ раздел «Энергетика, энергосбережение», ут-

вержденный президентом РФ 21 мая 2006 г. №843 и раздел «Энергоэффективность, энергосбережение» утвержденный президентом РФ 07 июля 2011 г. №899.

Цель работы: разработать новую научно-обоснованную ресурсосберегающую технологию полугорячей безоблойной штамповки поковок типа крестовин на основе комплекса теоретических и экспериментальных исследований основных силовых параметров процесса.

Задачи исследования.

1. Оценить основные силовые параметры процесса штамповки поковок типа крестовин одно- и двухсторонним выдавливанием из шаровой заготовки в закрытых штампах на основе трехмерной твердотельной модели, спроектированной в инженерном программном комплексе компьютерного моделирования.

2. Исследовать и рассчитать основные силовые параметры процесса двухстороннего выдавливания поковок типа крестовин в закрытых штампах методом математического моделирования на основе существующих расчетных схем одностороннего выдавливания.

3. Экспериментальное исследовать процесс штамповки поковки крестовины одно- и двухсторонним выдавливанием из шаровой заготовки в закрытых штампах, с целью оптимизации основных параметров процесса.

4. Разработать методику и провести исследования по определению прочностных, пластических характеристик и поверхностного угара стали 20Х. На основе полученных результатов исследований, а также используя метод «обобщенной функции желательности», определить оптимальную температуру нагрева заготовки под штамповку поковок типа крестовин выдавливанием в закрытых штампах.

5. Разработать алгоритм выбора технологического процесса штамповки поковок выдавливанием на основе теоретических и экспериментальных исследований, а также использовать результаты проведенных исследований при производстве поковок типа крестовин на промышленных предприятиях.

Методы исследования: в ходе исследований в диссертационной работе использовались: метод трехмерного твердотельного моделирования при помощи специализированного инженерного программного комплекса, предназначенного для анализа процессов обработки металлов давлением (ОМД); метод теории подобия и моделирования процессов ОМД; метод планирования эксперимента; метод исследования механических свойств металла; методика определения поверхностного угара; метод обобщенной функции желательности.

Личный вклад автора состоит в постановке задач исследования, анализе научно-технической информации, организации и постановке экспериментов, непосредственном участии в их проведении, обработке и анализе полученных данных, а также использовании результатов исследований при производстве поковки.

Достоверность и обоснованность полученных результатов и выводов подтверждается: совместным использованием воспроизводимого по точности физического и математического моделирования, основанного на современных достижениях теории пластичности; широкого использования методов планирования экспериментов; адекватностью разработанных математических моделей; высокой эффективностью предложенных технологических решений, подтвержденных актом использования результатов в производстве.

Научная новизна:

— разработаны трехмерные твердотельные модели штамповки поковок типа крестовин из шаровой заготовки выдавливанием в закрытых штампах при условии двухстороннего приложения нагрузки с помощью инженерного программного комплекса компьютерного моделирования;

— разработаны математические расчетные схемы для определения основных параметров процесса двухстороннего выдавливания поковок типа крестовин на основе существующих расчетных схем одностороннего выдавливания;

— впервые научно обоснована возможность использования двухстороннего выдавливания полугорячей шаровой заготовки для производства поковки крестовины с улучшенными механическими характеристиками в закрытых штампах на основе анализа новых научных результатов полученных экспериментально, а также с помощью разработанных математических схем и трехмерных твердотельных моделей процесса выдавливания;

— определена оптимальная температура нагрева заготовки из стали 20Х для двухстороннего выдавливания поковки типа крестовин с помощью аналитического метода «обобщенной функции желательности» на основе результатов проведенных исследований по сопротивлению металла деформации, пластическим свойствам и поверхностному угару для стали 20Х;

— разработан научно-обоснованный алгоритм проектирования технологических процессов штамповки выдавливанием поковок в закрытых штампах.

Практическая значимость работы состоит в следующем:

-спроектирована и использована на производстве новая технологическая операция безоблойной полугорячей штамповки двухсторонним выдавливанием поковок типа крестовин из шаровой заготовки в закрытых штампах на основе ключевых идей разработанной и изготовленной штамповой оснастки (патент РФ №90723);

-разработан алгоритм выбора технологического процесса штамповки выдавливанием поковок, позволяющий учитывать геометрию поковки, технологические особенности процесса, а также выдавливать поковки с компенсатором и без;

-определены основные параметры, используемые в технологическом процессе штамповки двухсторонним выдавливанием поковок в закрытых штампах из стали 20Х: температура нагрева заготовки, прочностные и пластические характеристики, а также поверхностный угар.

Реализация результатов работы: результаты исследований использованы при разработке ресурсосберегающей технологии полугорячей безоб-

лойной штамповки выдавливанием поковок типа крестовин и проектировании штамповой оснастки для производства поковок на ОАО «Новокузнецкий вагоностроительный завод» и ООО «Промышленные металлоконструкции» г. Новокузнецк.

Научные результаты исследования используются при подготовке студентов по специальности 150106 - Обработка металлов давлением в ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет».

Использование результатов работы в производственном и учебном процессах подтверждено соответствующими актами об использовании и внедрении.

Положения, выносимые на защиту.

1. Методики определения и результаты расчета основных силовых параметров процесса выдавливания поковки крестовины в закрытом штампе.

2. Методики и результаты экспериментальных исследований прочностных, пластических характеристик и поверхностного угара стали 20Х.

3. Результаты определения оптимальной температуры нагрева заготовки из стали 20Х под штамповку выдавливанием в закрытом штампе.

4. Технологический процесс полугорячего безоблойного выдавливания поковок типа крестовин, разработанный на основе проведенных исследований.

Апробация работы

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: 7-ая Всероссийская научно - практическая конференция «Высокие технологии, прикладные исследования, промышленность», г. Санкт-Петербург, 2009 г.; 11-ая Всероссийская конференция студентов, аспирантов и молодых ученых. «Наука и молодежь: проблемы, поиски решения», г. Новокузнецк, - 2007 г.; Всероссийская научно - практическая конференция «Металлургия: технологии, управление, инновации, качество», г. Новокузнецк, - 2008 г.; 13-ая Всероссийская конфе-

ренция студентов, аспирантов и молодых ученых. «Наука и молодежь: проблемы, поиски решения», г. Новокузнецк, - 2009 г.

Соответствие диссертации паспорту специальности.

Диссертационная работа по своим целям и задачам, методам исследования и научной новизне соответствует: пункту 1 - «Исследование и расчет деформационных, скоростных, силовых, температурных и других параметров разнообразных процессов обработки металлов, сплавов и композитов давлением»; пункту 2 - «Исследование процессов пластической деформации металлов, сплавов и композитов с помощью методов физического и математического моделирования»; пункту 3 - «Исследование структуры, механических, физических, магнитных, электрических и других свойств металлов, сплавов и композитов в процессах пластической деформации»; пункту 6 -«Разработка способов, процессов и технологий для производства металлопродукции, обеспечивающих экологическую безопасность, экономию материальных и энергетических ресурсов, повышающих качество и расширяющих сортамент изделий» паспорта научной специальности 05.16.05 - обработка металлов давлением.

Публикации: по теме диссертации опубликовано 11 печатных работ, в том числе 2 работы в рецензируемых научных журналах и изданиях, а также

получен патент РФ №90723.

Объем и структура диссертации: диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка используемой литературы из 106 наименований и 5-ти приложений. Диссертация изложена на 151 странице машинописного текста, содержит 65 рисунков и 22 таблицы.

1 Обзор технологий, теоретических и экспериментальных исследований процессов объемной штамповки поковок типа тел вращения

Для развития металлообрабатывающей промышленности нашей страны необходимо снизить металлоемкость продукции, улучшить использование производственных мощностей и основных фондов. В решении этих задач основная роль принадлежит ускорению научно-технического прогресса в области совершенствования традиционных и внедрения новых методов изготовления деталей машин и механизмов. Поэтому необходимо повысить удельный вес обработки металлов давлением, в особенности объемной штамповки.

Структура производства поковок и штамповок в различных отраслях машиностроения не одинакова. Так, в тяжелом машиностроении производство поковок составляет 90%, а штамповок—10%, в автомобильной промышленности — соответственно 2 и 98%. При этом в автомобильной промышленности объем штамповки на молотах достигает 50%, на горизонтально-ковочных машинах — 28% и кривошипных горячештамповочных прессах — 22%, В последние годы в штампах изготавливают не только мелкие и средние, но и крупные поковки [1].

В настоящее время более 20% деталей машин изготавливают с применением обработки резанием непосредственно из проката; при этом ежегодные потери металла в стружку достигают 2 млн. т. За счет применения горячей объемной штамповки коэффициент использования металла увеличивается до 0,45—0,55. Для того чтобы повысить коэффициент использования металла до 0,65—0,75, следует увеличить объем производства заготовок с применением прогрессивных технологических процессов, позволяющих получать точные штамповки, до 25% [1].

В области кузнечно-штамповочного производства в последние годы достаточна интенсивно проводились научные исследования, направленные

на улучшение качества получаемых деталей, экономию ресурсов, улучшение условий труда и т.п. В связи с этим широкий спектр информации, публикуемой сегодня, посвящен решению различных задач технологии ковки и штамповки, способствующих обеспечению вышеуказанных требований.

Изучение патентной и научно-технической литературы показало, что в настоящее время перспективным направлением развития кузнечно-штамповочного производства является штамповка выдавливанием. Данный вид штамповки позволяет получать поковки, которые по форме и размерам приближаются к готовым деталям, что позволяет свести к минимуму последующую обработку резанием. Коэффициент использования металла может быть доведен до 98%.

1.1 Безоблойная штамповка поковок выдавливанием в закрытых штампах

Следует отметить, что групповое производство точных поковок, получаемых объемной штамповкой позволяет значительно увеличить номенклатуру деталей, переводимых на прогрессивные ресурсосберегающие технологии пластического деформирования взамен технологических процессов резания и кокильного литья. Большое внимание повышению точности поковок уделяется за рубежом. В частности, в Японии, одной из областей исследований и усовершенствований является точная штамповка, о чем свидетельствует разработка фундаментальных концепций [2] повышения точности поковок, изготовляемых холодной объемной штамповкой.

В штамповочном производстве различают штамповку в открытых (об-лойная штамповка) и штамповку в закрытых штампах (безоблойная штамповка).

При штамповке в открытых штампах полость рабочего ручья не замкнута, и деформируемый металл имеет из него выход. Таким образом, при открытой штамповке излишек металла гарантирует получение необходимой

конфигурации поковки. Облой (заусенец) в данном случае является технологической необходимостью. При такой штамповке точность поковок низкая, предусматриваются большие припуски на механическую обработку и значительный отход металла идет в заусенец. Потери металла при этом достигают 20-25% [3].

Развитие кузнечно-штамповочного производства позволяет в настоящее время получать точные по массе поковки с минимальными припусками на механическую обработку и с существенным уменьшением металлоотхо-дов за счет применения безоблойной схемы штамповки [4].

Применение технологического процесса безоблойной горячей объемной штамповки в разъемных матрицах позволяет достичь максимального приближения размеров и конфигурации поковок к чистовым деталям, повышает их механические свойства, а также приводит к существенной экономии денежных средств.

Способ безоблойной штамповки экономичный и прогрессивный. Он позволяет получить точную поковку с минимальной последующей обработкой резанием. При безоблойной штамповке окончательный штамповочный ручей представляет собой замкнутую полость и поэтому объем исходной заготовки должен отличаться от объема готовой поковки лишь на величину угара металла. Уменьшение коэффициента расхода металла является основным преимуществом данного техпроцесса. Также при безоблойной штамповке достигается повышение механических свойств поковки, происходящее благодаря отсутствию перерезанных волокон (нет обрезки облоя) и лучшему расположению волокон относительно возникающих при работе деталей рабочих усилий. Отмечается повышение механических свойств поковки из-за наличия наиболее благоприятной для деформирования металла схемы напряженного состояния.

В свое время перед инженерами стояли задачи сделать возможным применение безоблойной штамповки в массовом производстве, а также раз-

работать и изготовить образцы штамповочного оборудования для реализации данного техпроцесса.

Наиболее эффективен техпроцесс безоблойной горячей штамповки в разъемных матрицах, при котором формообразование поковок осуществляется за счет выдавливания металла одним или несколькими пуансонами из приемника (контейнера) матрицы в примыкающую к нему полость ручья, имеющую форму и размеры получаемой поковки.

В последнее время изучением и разработкой процессов штамповки выдавливанием в разъемных матрицах начали заниматься многие исследовательские организации.

При штамповке выдавливанием поковок, представляющих собой центральную бобышку с прямыми отростками, расположенными в одной плоскости, перпендикулярной к оси бобышке, необходимо применять матрицы с поперечным (горизонтальным) разъемом.

Остается актуальной задача экономии материала, в связи с чем ряд исследований направлен на совершенствование технологии закрытой штамповки. Так, авторами работы [5] разработана методика расчета технологических параметров безуклонной закрытой штамповки поковок с вытянутой осью, предложен новый принцип работы закрытого штампа с компенсацией излишка металла, предназначенные для малоотходной и безотходной штамповки.

По-прежнему для улучшения качества изделий и экономии ресурсов в технологии кузнечно-штамповочного производства широко используются экспериментальные методы. Так, в работе Акаро И.Л. [6] экспериментально установлены форма и размеры очагов деформации, а также характерные поля скоростей движения частиц в гравюрах штампов типовых поковок при открытой штамповке на стадии доштамповки. Визиопластическим способом исследована кинематика осесимметричного течения металла в угловую полость штампа, установлены характерные стадии формоизменения заготовки, получены соотношения для оценки вероятности появления торцовых заусен-

цев при штамповке поковок прямым выдавливанием, сил противодавления в закрытых штампах и минимального отхода металла при открытой штамповке.

Активно внедряются процессы объемной штамповки на предприятиях России. Примером может служить технологическое перевооружение ОАО "ГАЗ", где производятся автомобильные детали методом холодной объемной штамповки [7]. Здесь на основе применения конечно-элементного программного пакета "Q-Form" с последующим анализом степени использования ресурса пластичности разработана малоотходная технология холодной объемной штамповки детали "корпус шарнира".

В статье Гришина В.М. [8] показана возможность моделирования технологических процессов многопереходной объемной штамповки на универсальном прессовом оборудовании в условиях опытного производства. Используя расчетные значения сопротивления деформации заготовок и максимальных технологических усилий, полученных экспериментально при отработке технологического процесса; оценены максимальные технологические усилия по переходам для предлагаемого процесса пятипереходной штамповки детали "корпус шарнира" легкового автомобиля.

Повышенный интерес к исследованиям процессов объемной штамповки наблюдается в Германии, особенно применительно к изготовлению деталей для автомобильной промышленности. В частности, фирма Schuler расширила свои возможности по объемной штамповке таких деталей, увеличивая ежегодно производство на 15 - 18 новых наименований. Фирма Metallwerke О. Fuchs ввела в эксплуатацию автоматизированные линии по производству штампованных поковок колес из Al-Mg-Si-сплава, масса которых на 15 % меньше, чем у литых.

В настоящее время на крупных предприятиях черной металлургии поставка промышленных партий поковок, полученных горячей объемной штамповкой, является одним из основным видов деятельности. В 1997 году кузнечная промышленность Германии поставила в автомобилестроение 70 %

выпущенных поковок. Прогресс в этой области может быть достигнут за счет совершенствования технологии, в частности сокращения количества операций при объемной штамповке [9]. Например, рулевые колонки и приводные валы легковых автомобилей, получавшиеся выдавливанием, теперь изготовляют на ковочных машинах из полых заготовок. На основании опыта эксплуатации такой установки с винтовым прессом для штамповки конических зубчатых колес, шатунов, клапанов, цилиндрических шестерен и деталей ходовой части автомобильных шасси повышены технические и экономические возможности точной горячей штамповки [10].

Заслуживают внимания исследования по точной штамповке поковок из алюминиевых сплавов (типа конической втулки с фланцем), проводимые в Институте обработки давлением университета г. Ганновер, в штампе с встроенными в обе его части нагревателями [11].

В настоящее время на передний план выходит задача получения высококачественных изделий невзирая на повышение стоимости конечного продукта. Это может быть достигнуто разработкой как технологических процессов, так и более рациональным использованием уже изученных, например штамповки в режиме сверхпластичности, точной закрытой штамповки, научно обоснованного применения технологических приемов. По - прежнему исследователями активно используются экспериментальные методы, которые дают значительный материал для научных обобщений и выводов. Все в большем объеме применяется компьютерное моделирование, что повышает эффективность расчетов и улучшает качество получаемых изделий

В процессе экспериментально-исследовательских работ, проведенных различными организациями, были испытаны разнообразные способы безоб-лойной штамповки поковок [12,13]. Хорошие результаты получены в работе Соколова Н.Л. [14] при применении штампа конструкции ЭНИКМАШа.

На рисунке 1.1 [14] показаны три поковки по переходам, полученные на основе данного способа (штамповка производилась за два перехода).

а - наконечник рулевой тяги, б - крестовина, в - рычаг.

Рисунок 1.1- Исходные заготовки и поковки по переходам штамповки

Существует способ штамповки изделий с радиальным элементом, рассмотренный в работе [15], который заключается в нагреве заготовки, размещении ее в инструменте и последующем одностороннем деформировании.

Штамп снабжен дополнительной промежуточной подвижной плитой, имеющей сквозное отверстие под установленный на основной подвижной плите пуансон, а другая полуматрица смонтирована на этой дополнительной промежуточной плите (рисунок 1.2).

Рисунок 1.2 - Штамп для выдавливания поковок

Однако, по этому способу, выдавливание металла в радиальную полость осуществляют последовательно сначала из верхней, а затем из нижней матриц, что создает большую неравномерность деформации. При формировании радиального элемента, в результате встречного движения метала, мертвых зон и пережимов металла при деформировании заготовок, а также некачественного изготовления и возобновления ручьев штампов (большая шероховатость и др.) и неправильной их эксплуатации (нагрев штампов до высокой температуры, разгарные трещины, поднутрения и др.) образуются дефекты в виде зажимов и складок в местах сопряжения полостей.

В работе [16] приведен способ штамповки изделий, заключающийся в зажатии заготовки матрицами и последующем обжиме участка заготовки двумя пуансонами с вытеснением металла в радиальные полости.

Однако, при реализации данного способа возникает большая вероятность образования застойных зон и связанных с ними дефектов, поскольку осуществляется одностороннее заполнение радиальных полостей в результате поперечного обжима участка заготовки, находящегося между радиальными полостями. Кроме того, при этом неизбежно вытекание металла в зазор между деформирующими поверхностями пуансонов.

Также существует способ штамповки поковок типа крестовин, включающий нагрев заготовки, размещение ее в разъемных матрицах и однопере-ходном деформировании, рассмотренный в справочнике Сторожева М.В. [17].

Недостатком этого способа является то, что при его реализации в процессе заполнения радиальных полостей осуществляют одностороннее выдавливание металла из контейнера верхней матрицы. В результате металл течет преимущественно вдоль донной поверхности нижней матрицы, вызывая большую неравномерность деформации и вероятность образования застойных зон.

Известен способ изготовления изделия с отростком, включающий предварительное формообразование отростка путем его выдавливания и окончательное формообразование [18].

В работе А.М. Смурова [19] рассматривается способ облойной штамповки поковок с боковыми отростками, преимущественно крестовин, заключающийся в формировании детали в форме ступицы с отростками методом горячей штамповки (рисунок 1.3, 1.4).

Рисунок 1.3 - Заготовка после предварительной штамповки, вид в плане

с сечением по А—А и Б—Б

Недостатком известного способа являются значительные энергетические и материальные затраты, а также дорогостоящее прессовое оборудование и оснастка.

Прогрессивность закрытой малоотходной и безотходной объемной штамповки по сравнению с открытой объемной штамповкой достаточно полно обоснована в работах [20-22]. Установлено, что внедрение закрытых штампов в производство наиболее эффективно при закрытой штамповке с компенсацией избытка металла [22]. При этом наряду с экономией металла повышаются точность штампуемых изделий и стойкость штампов, снижается сила штамповки и т. д.

Существует также способ безоблойной штамповки осесимметричной поковки с глухой полостью [23].

Недостатком данного способа является то, что при излишке металла в заготовке резко увеличивается давление на стенки ручья штампа, происходит интенсивный износ фигуры ручья штампа. Компенсаторы излишков металла в заготовке в виде тарельчатых пружин не удается точно рассчитать, и поэтому они выполняются с большими неточностями, что приводит к неудовлетворительной работе штампа, например к его заклиниванию или к недош-тамповке.

Рассмотрим способ объемной штамповки, используемый для изготовления фасонных изделий, преимущественно автомобильных колес с ребордами [24].

В способе изготовления фасонных изделий, включающем осадку и предварительную штамповку с частичным формированием изделий и окончательную штамповку с формированием изделий в разъемной матрице, предварительной штамповкой оформляют одну глубокую часть изделия, а окончательную штамповку выполняют с изменением положения линии разъема верхней и нижней половин штампа по отношению к ребордам путем переворота поковки на 180° вокруг горизонтальной плоскости при укладке ее в штамп при выдвинутых секциях матрицы.

Недостатками такого способа является сложность в изготовлении штампа для объёмной штамповки из-за высоких требований к точности сопряжений его частей, невысокое качество поверхности штамповок, а также трудность извлечения готового изделия с гравюры тарелки.

Исходя из вышесказанного, можно выделить два основных способа объемной штамповки осесимметричных поковок [25, 26]:

1. Производство горячей объемной штамповкой из цилиндрической заготовки в открытых штампах (рисунок 1.5).

Способ облойной штамповки поковок с боковыми отростками, преимущественно крестовин, заключается в том, что цилиндрическую заготовку вначале уменьшают по высоте путем операции осадки, затем осуществляют предварительную штамповку, придавая заготовке форму ступицы с отростками, и окончательную штамповку с облоем на полученной поковке. При осадке цилиндрическое основание заготовки выполняют высотой, равной диаметру отростков отштампованной поковки, а при предварительной штамповке отростки формируют без образования на них облоя.

Верхний

штамп

ей «

03

о

«

о

с

Нижний штамп

Рисунок 1.5 - Схема производства крестовин в разъемных штампах

Основным недостатком данного способа являются значительные материальные затраты - облой металла может достигать 40% от массы поковки, энергетические затраты и дорогостоящее прессовое оборудование и оснастка. Кроме того, полученные поковки имеют неблагоприятную структуру, так как

при последующей механической обработке волокна металла детали перерезаются в месте выхода металла в облой.

2. Производство крестовин из цилиндрической заготовки методом одностороннего выдавливания в закрытом штампе [27] (рисунок 1.6).

пуансон

верхняя матрица

заготовка

нижняя матрица

Рисунок 1.6- Схема выдавливания крестовин в закрытых штампах

Данный способ заключается в следующем - нагретая и осаженная заготовка укладывается в полость нижней матрицы. В процессе рабочего хода пресса верхняя матрица смыкается с нижней и давит на нее. В сомкнутом положении матрицы движутся вниз и пуансон деформирует заготовку.

Недостатком этого способа является то, что при его реализации, в процессе заполнения радиальных полостей, происходит одностороннее выдавливание металла. В результате металл течет преимущественно вдоль донной поверхности нижней матрицы, вызывая большую неравномерность деформации и вероятность образования застойных зон.

Кроме того, одним из недостатком такой штамповки является необходимость в весьма точной резки исходной заготовки с таким расчетом, чтобы после резки объем (масса) ее был в точности равен объему (массе) готовой поковки.

В итоге, можно сделать вывод, что в вышеперечисленных работах не рассматриваются вопросы двухстороннего выдавливания поковок с боковыми отростками в закрытых штампах. Отсутствуют технологии полугорячей объёмной штамповки выдавливанием в закрытых штампах.

1.2 Выбор оптимальной температуры нагрева заготовки и метода планирования эксперимента для штамповки выдавливанием

Для обеспечения необходимого качества изделий в процессах ОМД важную роль играет соблюдение условий деформирования, близких к изотермическим. Авторами статьи [28] на основе экспериментов по охлаждению заготовок, а также результата исследования влияния температуры нагрева заготовок, силы штамповки, кинематики течения металла в закрытом ручье штампа и распределения внутренних напряжений в заготовке, проведенных с помощью компьютерного моделирования, показана целесообразность штамповки поковок в узком температурном интервале.

В работе Тюрина В.А. [29] рассмотрены некоторые аспекты деятельности российских производителей поковок в современных экономических условиях. Отмечается, что главенствующую роль сегодня в производстве и сбыте любых изделий, особенно экспортируемых, играет их качество, а не низкая цена, за счет которой до сих пор могла конкурировать наша продукция. Поэтому выполнение технических требований, предъявляемых к качеству металла, реализуется на основе сертификации.

Штамповку выдавливанием по температурным режимам можно разделить на холодную, горячую и полугорячую штамповку.

Технологический процесс холодной объемной штамповки (деформация при температурах ниже 0,2ГШ) позволяет получать поковку с хорошей поверхностью, однако при этом следует принимать во внимание высокие удельные усилия на инструмент и возможность его поломки.

Холодным выдавливанием рекомендуется изготовлять детали из стали, содержащей не более 0,35%С; 1,5%Мп; 1,5%Сг; 0,75%№; 0,5%Мо; 0,3%81 [30]. Причем рекомендуемая твердость стали для холодной штамповки обычно находится в интервале 143<НВ<170 [31].

Горячую штамповку выдавливанием проводят при температурах (0,7-0,8)7^ [32]. Нагрев заготовки до температуры горячей штамповки снижает сопротивление деформации и повышает пластические свойства металла. Однако окалина на поверхности нагретой заготовки ухудшает качество поковки и вызывает повышенный износ штампов. Кроме того, заготовки диаметром менее 20 мм быстро охлаждаются после нагрева, что вызывает затруднения при штамповке.

Прогрессивным является применение полугорячей штамповки выдавливанием, при нагреве металла до температуры (0,4-0,6)Тт. В этом случае с повышением температуры, понижается сопротивление деформации, увеличиваются пластические свойства и незначительно количество окалины на заготовке.

В работе [33] приведены данные по выбору температуры нагрева для высокоскоростного деформирования стали 18Х2Н4МА.

С целью управления технологическими параметрами полугорячей штамповки для получения требуемых механических свойств в работе [34] рекомендуется разделить процесс на три стадии и отслеживать на каждой стадии температурное поле заготовки. Эти мероприятия позволяют получать штамповку с требуемыми геометрическими размерами и необходимыми механическими свойствами.

В работе [35] рассмотрены методы изготовления полугорячей штамповкой деталей в кузнечном производстве «АвтоВАЗа», которые по классу чистоты поверхности и точности изготовления незначительно уступают деталям, полученных холодным выдавливанием.

В перечисленных работах отсутствует методика выбора оптимальной температуры нагрева заготовки для полугорячей штамповки.

Важнейшей задачей современной науки является сокращение сроков перехода от лабораторных исследований к внедрению результатов в промышленность. Широкое распространение получили методы планирования экспериментов. Наиболее распространенным методом является планирование

эксперимента методом крутого восхождения по поверхности отклика, ортогональные планы второго порядка, функция желательности, метод последовательного симплекс планирования и др.

Весьма перспективным при решении задач с несколькими независимыми переменными является использование комплексных показателей качества. Таким показателем качества может быть так называемая «функция желательности» [36].

В работе [37] изучали влияние состава и температурно-временной обработки на предел прочности (уД жидкотекучесть (у2), горячеломкость (у3) и твердость (у4) синтетических чугунов. Требовалось получить чугун с пределом прочности не менее 250кПа, при жидкотекучести не менее 45% и твердости НВ не менее 180 и не более 250.

Далее находили функции желательности, проводили эксперименты по выплавке чугуна различного химсостава, находили реперные точки и по графику определяли частные функции желательности d.

Обобщенную функцию желательности находим как

D = ydl'd2-d3-d4 (i.i)

В общем случае D изменяется от 0 до 1. Допустимым уровнем качества

считается £>>0,4.

По результатам исследования авторы установили, что у сплава 1, d]=0,14, (¿2=0,25, d3=0,10, d4=0,02 и следовательно

D = i]0,14 • 0,25 • 0,10 • 0,02 = 0,09 получен сплав плохого качества.

Сплав 6 имеет значение D = 0,57 и является лучшим из всей серии опытов. Следовательно он удовлетворяет требованиям задачи и его можно рекомендовать для практического применения.

В работах [38] исследовали влияние методов вторичного рафинирования и чистоты шихты на качество сталей типа 30-35ХГСА. Анализировали две обобщенные функции желательности. Одна обобщенная функция жела-

тельности служила для оценки качества стали. Другая включала экономические показатели (стоимость металлургического передела).

В работе [39] обобщенную функцию желательности применили для разработки высокопрочных электродов, предназначенных для сварки магистральных газопроводов. Функция желательности в этом случае включала шесть характеристик полученного сварного шва.

Ввиду разносторонности требований по механическим свойствам, авторам, впервые применен единый комплексный показатель качества в виде обобщенной функции желательности, которая позволила свести все шесть параметров оптимизации к одному и решить проблему разработки высокопрочных сварных электродов.

Обобщенная функция желательности была успешно использована в работе [40].

Следует отметить, что планирование экспериментов с использованием обобщенной функции желательности успешно применяют при решении задач типа: химический состав - свойство в сталеплавильном и литейном производстве. В обработке металлов давлением, работы, связанные с использованием обобщенной функции желательности, отсутствуют.

1.3 Методики определения силовых параметров процесса штамповки

Важной особенностью объемной штамповки в закрытых штампах является возможность изготовления поковок широкой номенклатуры с высоким коэффициентом использования материала и высоким качеством изделий. Характерная тенденция современного машиностроения - усложнение форм поковок, получаемых штамповкой (что, в свою очередь, усложняет технологический процесс) - обусловливает необходимость использования многопереходной штамповки.

Ключевой вопрос при разработке технологического процесса штамповки - разделение предельных деформаций, предшествующих разрушению заготовки, что, в свою очередь, является решением задачи предельного фор-

25

моизменения металла в штампе. Задачи анализа предельного формоизменения относятся к числу самых сложных, поэтому в общем виде они пока не решены, сделаны только первые шаги в этом направлении в работах [41- 43].

Процессы выдавливания являются одними из эффективных способов штамповки полых и сплошных деталей с отростками различного сечения [43].

Данные процессы характеризуются значительной неравномерностью деформаций и большими удельными и полными нагрузками на инструмент. Поэтому определение силовых параметров является важным этапом проектирования технологии.

В работах Овчинникова А.Г. и Жвик И.М. [44, 45] энергетическим методом совместно с методом решения приближенных уравнений равновесия и пластичности получены зависимости для расчета приведенных удельных сил

V

а

\ * У

при выдавливании поковки с цилиндрическим отростком. В работе

[46] данная задача решена методом линий скольжения.

Очень важно рассмотреть сопоставление расчетных моделей с результатами экспериментальных исследований выдавливания отростков, а также анализ влияния геометрических и деформационных параметров на силовой режим деформирования.

В своих исследованиях Овчинников А.Г. и Жвик И.М. проводили эксперименты по выдавливанию деталей с отростками круглого сечения на свинцовых и алюминиевых заготовках диаметром Д,=21,2 мм. Диаметры отростков варьировали от 8,62 мм до 21,2 мм. При выдавливании деталей с отростками прямоугольного сечения высоту отростка не изменяли. В качестве смазочного материала использовали животный жир, при этом коэффициент трения составлял //=0,12.

Для построения математической модели процесса выдавливания использовали метод верхней оценки [47]. В результате получили выражение

для расчета приведенной удельной силы выдавливания двух симметричных отростков:

4 /иН

- Р Л

У а й 2В В

8 0 0

(1.2)

где Д, - диаметр стержня детали (диаметр заготовки); с1 - диаметр отростка;

Я - длина подвижной части заготовки.

Сопоставление расчетных и экспериментальных данных (рисунок 1.7) показало, что погрешность расчета не превышает 10... 15 % для относительно тонких отростков с £//Дг=0,4...0,6 и 5...7% для отростков с йШ0=0,6...1. В то же время, при сопоставлении математической модели, приведенной в работе Овчинникова А.Г. [44], с экспериментальными данными расхождение составило 15...25% при (Юо= 0,4...0,6 и порядка 70 % при сШ0=0,8...1.

Т

Заключение диссертации по теме «Обработка металлов давлением», Фёдоров, Александр Андреевич

Основные выводы

1. Установлено, что штамповка выдавливанием является нестационарным процессом и состоит из трех стадий. Выявлены основные факторы, влияющие на величину силовых параметров процесса полугорячего выдавливания поковки «крестовина» из шаровой заготовки при одностороннем и двухстороннем приложении нагрузки.

2. Разработана математическая схема и рассчитаны основные силовые параметры второй и третьей стадии процесса полугорячего двухстороннего выдавливания поковки «крестовина» из шаровой заготовки.

3. Разработана методика исследования и определены прочностные, пластические характеристики и поверхностный угар стали 20Х. Рассчитаны погрешности экспериментальных данных при определении пластических свойств и сопротивления металла деформации, а также величины поверхностного угара.

4. Определен оптимальный температурный интервал нагрева заготовки для штамповки двухсторонним выдавливанием поковки «крестовина» из стали 20Х, используя разработанный аналитический метод расчета обобщенной функции желательности на основе результатов прочностных, пластических характеристик и поверхностного угара.

5. Спроектирован и используется алгоритм выбора технологического процесса штамповки выдавливанием на основе анализа теоретических и экспериментальных данных, а также полученных научно - обоснованных рекомендаций и методик проектирования процессов штамповки выдавливанием в закрытых штампах.

6. Разработана технологическая операция безоблойной полугорячей штамповки двухсторонним выдавливанием в закрытом штампе поковки -«крестовина», результаты которой использованы в производстве на ОАО «Новокузнецкий вагоностроительный завод» и ООО «Промышленные металлоконструкции». От реализации результатов в промышленности, рассчитан экономический эффект.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Фёдоров, Александр Андреевич, 2012 год

Список использованных источников

1 Малоотходная технология штамповки осесимметричных поковок из шаровой заготовки [Текст] / В.Н. Перетятько, Г.С. Котлов, М.В. Филиппова, A.A. Фёдоров // Высокие технологии, прикладные исследования, промышленность : сб. науч. тр. / Политехнический университет. - СПб., 2009. - С. 12-14.

2 Антонюк Ф.И. Малоотходная технология штамповки [Текст] / Ф.И. Ан-тонюк // Вестник МГТУ. Машиностроение. - 1999. - № 1. - С. 40 - 49.

3 Эдуардов М.С. Штамповка в закрытых штампах [Текст] / М.С. Эдуардов. - М. : Машиностроение, 1971. - 240 с.

4 Филиппова М.В. Моделирование безоблойной штамповки из шаровой заготовки [Текст] / М.В. Филиппова, A.B. Бахаев, В.Н. Перетятько, A.A. Фёдоров // Изв. вузов. Чер. металлургия. - 2011. - № 10. - С. 24-27.

5 Канюков С.И. Методика определения центра давления при штамповке в открытых штампах [Текст] / С.И. Канюков, C.B. Арзамасцев // Кузнечно-штамповочное производство. - 1995. - № 5. - С. 7 - 8.

6 Акаро И.JI. Кинематические и энергосиловые параметры заключительной стадии горячей открытой штамповки поковок [Текст] / И.Л. Акаро // Куз-нечно-штамповочное производство. - 1997. - № 7. — С. 10-12.

7Гафуров P.M. Ресурсосберегающие технологические процессы объемной штамповки в ОАО «ГАЗ» [Текст] / P.M. Гафуров, Ф.П. Михаленко // Куз-нечно-штамповочное производство. - 1997. - № 4. - С. 12 - 16.

8 Гришин В.М. Опыт отработки технологических процессов многопереходной объемной штамповки на универсальном оборудовании [Текст] / В.М. Гришин, Д.В. Гришин // Кузнечно-штамповочное производство. - 1998. - № 7. - С. 23 - 25.

9Вайсбурд P.A. Исследование условий образования утяжины и расчет ее формы при выдавливании материала в щелевую полость [Текст] / P.A. Вайс-бурд, A.C. Партии // Изв. вуз. Машиностроение. - 1999. - № 1. - С. 30 - 34.

10 Арзамасцев C.B. Оценка усилия с учетом влияния формы штампованной поковки [Текст] / C.B. Арзамасцев, Н.Е. Возмищев // Изв. вузов. Чер. металлургия. - 1999. - № 8. - С. 19 - 22.

11 Liang S.Y. Engineering Materials [Текст] / S.Y. Liang, D.A. Dornfeld // J. of Engineering Materials and Technology. - 1990. - № 1. - P. 44.

12 Пат. 2011464 Российская Федерация, МКИ 7В21К 1/00. Штамп для безоблойной объемной штамповки [Текст] / П.М. Огрызков ; заявл. 24.05.90 ; опубл. 30.04.94 - 3 с. ; 2 л. ил.

13 Пат. 2057613 Российская Федерация, МКИ B21J 13/02. Штамп для объемной штамповки [Текст] / A.M. Штерензон, С.И. Куклин, И.Е. Полянский, В.П. Мурашкин, М.А. Куликов, В.Г. Кызычагов, C.B. Чернов ; заявл. 20.10.92 ; опубл. 10.04.96 - 3 с. ; 2 л. : ил.

14 Соколов H.JI. Горячая штамповка выдавливанием стальных деталей [Текст]/H.JI. Соколов.-М.: Машиностроение, 1967. - С. 143.

15 Атрошенко А.П. Горячая штамповка труднодеформируемых сплавов [Текст] / А.П. Атрошенко, В.И. Федоров. - М.: Машиностроение, 1979. - С. 269.

16 A.c. 568341 СССР, МКИ В21К 1/52. Устройство для высадки изделий из стержневых заготовок [Текст] / Т. Рут ; заявл. 28.07.72 ; опубл. 05.08.72 - 2 с. ; 2 л: ил.

17 Технологический справочник по ковке и объемной штамповке [Текст] / под ред. М.В. Сторожева. - М. : Машиностроение, 1959. - С. 645 - 646.

18 A.c. 1738457 СССР, МКИ 5B21J 13/02. Способ изготовления изделия с отростком и устройство для его осуществления [Текст] / Т.Б. Зубарев ; заявл. 16.04.90 ; опубл. 07.06.92 - 4 с. ; 4 л. ил.

19 A.c. 841774 СССР, МКИ ЗВ21К 1/76. Способ облойной штамповки поковок с боковыми отростками [Текст] / A.M. Смуров, Ф.М. Кивман, М.К. Васильев заявл. 02.04.79 ; опубл. 30.06.81. - 5 с. ; 4 л. ил.

20 Мещерин В.Т. Основные проблемы закрытой горячей объемной штамповки [Текст] / В.Т. Мещерин // Кузнечно-штамповочное производство.

- 1972. -№ 3. - С. 6-10.

21 Норицин И.А. Тенденция развития объемной штамповки в закрытых штампах [Текст] / И.А. Норицин // Кузнечно-штамповочное производство. -

1972.- №9.- С. 1 -6.

22 Акаро И.Л. Тенденции в развитии технологии и автоматизации куз-нечно-штамповочного производства [Текст] / И.Л. Акаро // Обзор. - М. : НИИ-маш.- 1981. -№2.-81 с.

23 Охрименко Я.М. Технология кузнечно-штамповочного производства : учеб. для вузов [Текст] / Я.М. Охрименко. - М. : Машиностроение, 1976.-599 с.

24 Пат. 2045369 Российская Федерация, МКИ В21К 1/28. Способ изготовления фасонных изделий [Текст] / С.П. Зырянов, В.П. Зырянов ; заявл. 30.04.92 ; опубл. 10.10.95 - 2 с.; 1 л. ил.

25 Перетятько В.Н. Малоотходная технология штамповки [Текст] / В.Н. Перетятько, A.A. Фёдоров, М.В. Филиппова // Вестник горнометаллургической секции РАЕН. Отделение металлургии : сб. науч. тр. / Сиб. гос. индустр. ун-т. -М.; Новокузнецк, 2009. - С. 71-73.

26 Филиппова М.В. Безотходная штамповка шестерни [Текст] / М.В. Филиппова, A.A. Фёдоров, В.Н. Перетятько, A.B. Бахаев // Вестник горнометаллургической секции РАЕН. Отделение Металлургия : сб. науч. трудов / Сиб. гос. индустр. ун-т. - Новокузнецк : СибГИУ, 2011. - Вып. 29. - С. 92-96.

27 Перетятько В.Н. Штамповка выдавливанием [Текст] / В.Н. Перетятько, М.В. Филиппова, A.A. Фёдоров, A.B. Бахаев // Будущее машиностроения России : сб. науч. трудов / МГТУ им. Н.Э. Баумана. - М., 2009. - С. 28-32.

28 Вайо П. Штамповка поковок в узком температурном интервале [Текст] / П. Вайо, Н.Г. Сычев, П. Чинак // Кузнечно-штамповочное производство. -2000. - № 2. - С. 24 - 27.

29 Тюрин В.А. Управление качеством металла уникальных поковок, качество и сертификация валов, откованных из слитков [Текст] / В.А. Тюрин, О.М.Смирнов // Кузнечно-штамповочное производство. - 1998. - № 9. - С.

38-40.

30 Филимонов Ю.Ф. Штамповка прессованием [Текст] / Ю.А. Филимонов, JI.A. Позняк. - М. : Машиностроение, 1964. - 215 с.

31 Холодная объемная штамповка: справочник [Текст] / под. ред. Г.А. Навроцкого. -М. : Машиностроение, 1973. — 496 с.

32 Брюханов А.Н. Ковка и объемная штамповка [Текст] / А.Н.Брюханов. - М.: Машгиз, 1960.-373 с.

33 Осколков А.И. Выбор температур высокоскоростного деформирования стали 18Х2Н4МА [Текст] / А.И. Осколков, B.C. Соколов, М.И. Поксеват-кин, В.В. Перфильев // Пути повышения качества и надежности инструмента : тез. докл. науч.-техн. конф. - Рублевск : Гориздат, 1987. - С.74-75.

34 Лялин В.М. Определение температурных режимов заготовки при полугорячей штамповке в зависимости от требуемых механических свойств [Текст] / В.М. Лялин, Р.В. Серегин, В.И. Петров // Изв. вузов. Чер. металлургия.-2003.-№ 1. -С.25-27.

35 Прудко О.Г. Полугорячая объемная штамповка в металлургическом производстве ОАО «АвтоВАЗ» [Текст] / О.Г. Прудко // Кузнечно-штамповочное производство. - 2006. - № 1. - С.14-15.

36 Новик Ф.С. Оптимизация процессов технологии металлов методами планирования экспериментов [Текст] / Ф.С. Новик, Я.Б. Арсов. - М. : Машиностроение ; София : Техника, 1980. - 304 с.

37 Кожевников И.Ф. Планирование экспериментов при изучении влияния методов вторичного рафинирования и чистоты шихты на качество стали [Текст] / И.Ю. Кожевников, Ф.С. Новик, В.И. Оханов, Т.Г. Яковлева // Заводская лаборатория. - 1976. - Т.42, № 1. - С. 80-82.

38 Тарлинский В.Д. Разработка высокопрочных сварочных электродов с применением математического метода [Текст] / В.Д. Тарлинский, Л.С. Воронина, Е.М. Рогова, Ф.С. Новик // Сварочное производство. - 1973.- № 3. - С.З.

39 Планирование промышленных экспериментов в литейном производстве [Текст] / Ф.С. Новик, Л.Б. Коган, Д.П. Иванов [и др.] // Литейное произ-

водство. - 1970. - № 5. - С.5-7.

40 Огородников В. А. Оценка деформируемости металлов при обработке давлением [Текст] / В.А. Огородников // Киев : Вища школа (Головное изд-во), 1983.-№8.- 175 с.

41 Колмогоров В. JI. Пластичность и разрушение [Текст] / B.JI. Колмогоров. - М. : Металлургия, 1977. - 336 с.

42 Евстратов В. А. Теория обработки металлов давлением [Текст] / В.А. Евстратов // Харьков : Вища школа (Изд-во при Харьковском ун-те), 1981. -248 с.

43 Алиев И.С. Технологические процессы холодного поперечного выдавливания [Текст] / И.С. Алиев // Кузнечно-штамповочное производство. -

1988.- №6.- С. 1 - 4.

44 Овчинников А.Г. Верхняя оценка деформирующего усилия при выдавливании изделий с боковыми отростками [Текст] / А.Г. Овчинников // Машины и технологии обработки металлов давлением. - 1973. - № 6. - С. 181-186.

45 Жвик И.М. Усилие формирования при боковом выдавливании в щель [Текст] / И.М. Жвик, Б.И. Покрас // Исследование процессов обработки металлов давлением // Ижевск : Изд-во Удмуртия, 1969. - С. 36 - 40.

46 Шофман JI.A. Основы расчета процессов штамповки и прессования [Текст] / JLA. Шофман. -М.: Машгиз, 1961. - С. 340.

47 Алиев И.С. Исследование силового режима бокового выдавливания отростка методом верхней оценки : сб. научн. тр. [Текст] / И.С. Алиев, P.C. Борисов, К.Д. Махмудов // Совершенствование процессов и оборудования обработки давлением в металлургии и машиностроении. - Краматорск : ДГМА,

2002. - С. 339 - 342.

48 Алиев И.С. Формообразование утолщений на полых и сплошных заготовках : сб. науч. тр. [Текст] / И.С. Алиев, P.C. Борисов // Совершенствование процессов и оборудования обработки давлением в металлургии и машиностроении. - Краматорск - Славянск : ДГМА, 2003. - С. 262 - 267.

49 Основы расчета процессов штамповки и прессования : сб. науч. тр. [Текст] / под ред. JI.A. Шофмана. - М. : Машгиз, 1961

50 Дель Г.Д. Определение деформированного состояния в пластической области по распределению твердости [Текст] / Г.Д. Дель // Известия Томского политехнического института. - 1968. - № 5. - С. 1 - 4.

51 Дель Г.Д. Исследование пластической деформации измерением твердости [Текст] / Г.Д. Дель // Известия Томского политехнического института. -

1965.-№3.- С. 5-7.

52 Поздеев Л. А. Исследование напряженного состояния при осадке [Текст] / Л. А. Поздеев, В.И. Тарновский // Изв. вузов. Чер. Металлургия. -

1962.-№11.- С. 17-19.

53 Колмогоров В.Л. Механика обработки металлов давлением [Текст] / В.Л. Колмогоров. -М.: Металлургия, 1986. - 688 с.

54Малинин H.H. Технологические задачи пластичности и ползучести [Текст] / H.H. Малинин. - М. : Высшая школа, 1979. - 119 с.

55 Бровман М.Я. Применение теории пластичности в прокатке [Текст] / М.Я. Бровман. - М.: Металлургия, 1991. - 265 с.

56 Черноусько Ф.Л. Вариационные задачи механики управления [Текст] / Ф.Л. Черноусько, И.В. Баничук. - М.: Наука, 1973, 238 с.

57 Зенкевич O.K. Метод конечных элементов в технике [Текст] / O.K. Зенкевич. -М.: Мир, 1975. - 541 с.

58 Прагер В. Проблемы теории пластичности [Текст] / В. Прагер. - М. :

Физматгиз, 1958.- 138с.

59 Демидович Б.П. Основы вычислительной математики [Текст] / Б.П.

Демидович, М.А. Марон. -М.: Наука, 1966. - 664 с.

60 Чудаков П.Д. Прогрессивные технологические процессы обработки металлов давлением : сборник трудов [Текст] / П.Д. Чудаков, В.Д. Коробкин. - М.: Машиностроение, 1971. - Вып. 24. - С. 8 - 15.

61 Шипуль О. В. Исследование параметров конечно-элементной модели при формоизменении осесимметричной заготовки [Текст] / О.В. Шипуль, Л.А.

Дыбский, А.Н. Мещеряков // Авиационно-космическая техника и технология. -2004.-С. 18.

62 Смирнов-Аляев Г. А. Механические основы пластической обработки металлов [Текст] / Г.А. Смирнов - Аляев // JI. : Машиностроение, 1968. - 20 с.

63 Огородников В. А. Оценка деформируемости металлов при обработке давлением [Текст] / В.А. Огородников // Киев : Вища школа (Головное изд-во), 1983.-№ 8.- 175 с.

64 Перетятько В.Н. Осадка шаровой заготовки [Текст] / В.Н. Перетятько, М.В. Филиппова, A.A. Фёдоров, A.B. Бахаев // Изв. вузов. Чер. металлургия. -2011.-№6.-С. 17-19.

65 Рыбин Ю.И. Математическое моделирование и проектирование технологических процессов обработки металлов давлением [Текст] / Ю.И. Рыбин, А.И. Рудской, A.M. Золотов. - СПб. : Наука, 2004. - 644 с.

66 Володин И.М. Моделирование процессов горячей объемной штамповки / И.М.Володин. - М. : Машиностроение, 2006. - 253 с.

67 Дель Г.Д. Математическое моделирование горячей высадки [Текст] / Г.Д. Дель, В.В. Перфильев, Ф.И. Клейнерман // Изв. вузов. Чер. металлургия. -1988.-№8.-С. 52-56.

68 Перфильев В.В. Управление пластическим течением металла при высадке путем неоднородного нагрева заготовок: автореферат дис.... канд. техн. наук [Текст] / В.В. Перфильев ; ВПИ. - Воронеж, 1988. - 20 с.

69 DEFORM Simulation Software. Scientific Forming Technologies [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.deform.com

70 Салиенко А.Е. Новые компьютерные технологии в ковке и штамповке [Текст] / Е.А. Салиенко, А.Н. Солдаткин, A.M. Рудис // Кузнечно-штамповочное производство. - 2004. - № 4. - С. 36-39.

71 Новик Ф.С. Оптимизация процессов технологии металлов методами планирования экспериментов [Текст] / Ф.С. Новик, Я.Б. Арсов. - М. : Машиностроение ; София : Техника, 1980. - 304 с.

72 Пат. 90723 Российская Федерация, МПК В 21К1/00 Штамп для горя-

чей штамповки поковок типа крестовин из шаровой заготовки [Текст] / Пере-тятько В.Н., Фёдоров A.A.; заявл. 2009132377, опубл. 20.01.10 г.

73 Овчинников А.Г. Основы теории штамповки выдавливанием на прессах [Текст] / А.Г. Овчинников. - М.: Машиностроение, 1983. - 197 с.

74 Перетятько В.Н. Удельное усилие при выдавливании [Текст] / В.Н. Перетятько, М.В. Филиппова, A.A. Фёдоров // Вестник горнометаллургической секции РАЕН. Отделение Металлургия : сб. науч. трудов / Сиб. гос. индустр. ун-т. - Новокузнецк, 2011. - Вып. 28

75 Попов Е.А. Роль теории в повышении эффективности обработки металлов давлением и качестве продукции [Текст] / Е.А. Попов // Качество и эффективность при листовой и объемной штамповке. - М. : Изд-во МВТУ, 1977.-С. 9-15.

76 Журавлев А.З. Основы теории штамповки в закрытых штампах [Текст] / А.З. Журавлев. - М.: Машиностроение, 1973. - 223 с.

77 Журавлев А.З. Напряжения и удельные давления при затекании в угол закрытого штампа [Текст] / А.З. Журавлев // Изв. вузов. Чер. металлургия. -1965.- №5.

78 Поляков И.С. Штамповка поковок типа крестовин в закрытых штампах [Текст] / И.С. Поляков // Кузнечно-штамповочное производство. - 1964. -№7.

79 Hadai A. Uber die Gleit und Versveigungsflachen einiger Gleichgewichtssustande blidsamer Massen und die Nachspannuge bleibend verserrter Korper. [Текст] / A. Hadai // Zeitschrift für Physik, 1924. - 30 с. : ил.

80 Эдуардов M.C. Штамповка в закрытых штампах [Текст] / М.С. Эдуардов. - JL: Машиностроение, 1971. - 238 с.

81 Перетятько В.Н. Механические свойства и поверхностный угар стали 20Х при температурах полугорячей штамповки [Текст] / В.Н. Перетятько, М.В. Филиппова, A.A. Фёдоров // Вестник горно-металлургической секции РАЕН. Отделение Металлургия : сб. науч. трудов / Сиб. гос. индустр. ун-т. -Новокузнецк : СибГИУ, 2011. - № 28. - С. 10 - 16.

82 Перетятько В.Н. Качество шаровой заготовки [Текст] / В.Н. Перетятько, М.В. Филиппова, A.A. Фёдоров, A.B. Бахаев // Металлургия: технологии, управления, инновации, качество : сборник науч. трудов / Сиб. гос. индустр. ун-т. - Новокузнецк : СибГИУ, 2008. - С. 15 - 18.

83 Филиппова М.В. Применение шаровой заготовки для штамповки [Текст] / М.В. Филиппова, A.A. Фёдоров, A.B. Бахаев // Наука и молодежь : проблемы, поиски, решения : труды Всерос. науч. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых / Сиб. гос. индустр. ун-т. - Новокузнецк : СибГИУ. -

2009.- № 13.-С. 113-115.

84 Iring К.Н. Quantitative hot workability test vor metals [Текст] / K.H. Iring

// Iron age. - 1944. - № 20. - V. 153.

85 Зайков M.A. Критерий пластичности при обработке металлов давлением [Текст] / М.А. Зайков, В.Н. Перетятько // Изв. вузов. Чер. металлургия.-1959.-№5.

86 Испытание стали методом горячего скручивания [Текст] / В.Г. Осипов

// Бюл. ИННН. - 1947. - С. 22.

87 Пластичность сталей при высоких температурах [Текст] / М.Н. Зуев [и др.] -М.: Металлургиздат, 1963. - 104 с.

88 Богатов A.A. Механические свойства и разрушения металлов [Текст] / A.A. Богатов. - Екатеринбург : Изд-во УПИ, 2002. - 329 с.

89 Колмогоров В.Л. Напряжения, деформация, разрушение [Текст] / В.Л. Колмогоров. - М. : Металлургия, 1970. - 229 с.

90 Малинин H.H. Прикладная теория пластичности и ползучести [Текст] / H.H. Малинин. - М.: Машиностроение, 1968. - 400 с.

91 Ковка и штамповка [Текст] / под ред. E.H. Семенова. - М. : Машиностроение, 1985. - Т. 1. - 562 с.

92 Темлянцев М.В. Окисление и обезуглероживание стали в процессах нагрева под обработку металлов давлением [Текст] / М.В. Темлянцев, Ю.Е. Михайленко. - М. : Теплотехник, 2006. - 200 с.

93 Перетятько В.Н. Пластичность металла при горячей деформации

[Текст] / В.Н Перетятько // Обработка металлов давлением : межвуз. сборник.

- Свердловск : Изд-во УПИ, 1982. - С. 58-64.

94 Перетятько В.Н. Оценка повреждаемости при горячем кручении [Текст] / В.Н. Перетятько // Обработка металлов давлением : межвузов, сборник. - Свердловск : Изд-во УПИ, 1982. - С. 96-100.

95 Справочник машиностроителя [Текст] / под ред. Н.С. Ачеркана. - М. :

Машиностроение, 1955. - Т.1 - 568 с.

96 Перетятько В.Н. Полугорячая штамповка выдавливанием в закрытых штампах [Текст] / В.Н. Перетятько, М.В. Филиппова, A.A. Фёдоров // Наука и молодежь : проблемы, поиски, решения : труды Всерос. науч. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых / Сиб. гос. индустр. ун-т. - Новокузнецк :

СибГИУ, 2007.- С. 243-247.

97 Рузинов Л.П. Статистические методы оптимизации химических процессов [Текст] / Л.П. Рузинов. - М.-Л.: Химия, 1972. - 342 с.

98 Harrinqton Е.С. [Текст] / Industr. Qnality Control. - 1965. - 21. - № 10. -

S. 494-498.

99 Новик Ф.С. Оптимизация процессов технологии металлов методами планирования экспериментов [Текст] / Ф.С. Новик, Я.Б. Арсов. - М.: Машиностроение ; София: Техника, 1980. - 304 с.

100 Филиппова М.В. Моделирование технологии полугорячей штамповки [Текст] / М.В. Филиппова, В.Н. Перетятько // Металлургия: новые технологии, управление, инновации и качество : труды Всерос. науч.-практ. конф. / Сиб. гос. индустр. ун-т. - Новокузнецк : СибГИУ, 2006. - С. 98-101.

101 Филиппова М.В. Разработка технологии полугорячей штамповки [Текст] / М.В. Филиппова, В.Н. Перетятько // Вестник горнометаллургической секции РАЕН. Отделение Металлургия : сб. науч. трудов / Сиб. гос. индустр. ун-т. - Новокузнецк : СибГИУ, 2006. - Вып.17. - С. 92-96.

102 Филиппова М.В. Многокритериальная оптимизация температуры нагрева заготовок для точной штамповки [Текст] / М.В.Филиппова, В.Н. Перетятько // Системы автоматизации в образовании, науке и производстве : труды

6 Всерос. науч.-практ. конф. / Сиб. гос. индустр. ун-т. - Новокузнецк : Сиб-

ГИУ, 2007. - С. 391-394.

103 Ланской E.H. Автоматизация проектирования процессов холодной объемной штамповки и создание систем автоматизированного производства : учебное пособие [Текст] / E.H. Ланской, В.В. Евстифеев, В.В. Грязнов. - М. :

Машиностроение, 1988. - 68 с.

104 Классификация технологических процессов холодной объемной

штамповки: учебное пособие [Текст] / В.В. Евстифеев, А.Э. Артес. - М. : Машиностроение, 1987. - 80 с.

105 Классификатор деталей, рекомендованных к изготовлению методами холодной и полугорячей объемной штамповки [Текст] / А.И. Осколков, Ю.А. Гуляев, В.Н. Перетятько [и др.]. - Барнаул : АНИТИМ, 1988. - 104 с.

106 Ковка и штамповка : справочник [Текст] / ред. совет : Е.И. Семенов (пред.) [и др.]. - М.: Машиностроение, 1986. - Т. 2. - 592 с.

Нахояедение аналитического выражения частной функции желательности для пластических свойства металла

(0 = ехр[- ехр[- (Ь02 + Ъ22 • /(¿2)]]

г

-(Ь02 + Ь22.у21)~ 1п(1п(—)) = 0,

21

<

^ - (¿02 + ^22 • Ут2> - Ь1(1П(—)) = 0

-(Ь(П+Ь22-у21) = Ы(\п(-^-)).

21

1

-(К2+Ъ22-у22) = \п{Щ-—)).

(Ь02+Ь22-у21) = - 1п(1п(-^-)),

а2Х

г

<

(Ь02 + Ь22-у22) = - 1п(1п(—)).

б/,

22

Г

1

1п(1п(-Н>)

(Ро2+Ь22) =

с1,

21

^21 1п(1п(-^))

(¿02 + ¿22) =

с1.

22

V.

^22

Введем коэффициенты: ^ - (¿о2 + Ь22) - для значения свойств и частной желательности а?21;

В2 = (Ь02 + Ъ22) - для значения свойств у22 и частной желательности й21;

Коэффициенты ¿02 и Ь22 определяются с использованием таблицы базовых отметок (таблица 4.3).

г

Подставляя в формулу (4.6) значения из таблицы (4.3) для пластических свойств металла y2¡=13,30, у22=6,35 и d2]= 0,70, d22= 0,20, а также логарифмируя систему имеем:

Г 1п(1п( - )) 0 70

л =--= -1,8526,

2 13,3

Л 1п(1п(—-—))

0 20

2 6,35

Тогда, формула преобразование отклика у\ в частную функцию желательности d¡ с учетном принятых коэффициентом А2 и В2 имеет вид d2(t) = ехр[- ехр[- (-1,8526 + 0,2168) • у2]]

Рассматривая зависимость пластических свойств металла от температуры испытания, приведенную на рисунке 3.6 и аппроксимируя экспериментальные данные экспоненциальной функцией, имеем

у2 = 0,5192-exp(0,0026-¿2),

Подставляя опытные данные из таблицы 3.2 в выражение (4.11), получим значения у2 для различных температур, К

у2 (873) = 0,5192 • ехр(0,0026 • 873) = 5,025, у2 (973) - 0,5192 • ехр(0,0026 • 973) = 6,516, у 2 (1073) = 0,5192 • ехр(0,0026 -1073) = 8,451, у2 (1173) = 0,5192 • ехр(0,0026-1173) = 10,961, у2 (1273) = 0,5192 • ехр(0,0026 • 1273) -14,216.

Подставляя полученные значения у2 в выражение (4.10), находим значения частных функций желательности d2 для разных температур нагрева.

Полученные значения частных функций желательности d2 для разных температур нагрева заносим в таблицу 4.4.