Исследование и разработка технологии производства сплошных ступенчатых поковок плоской поперечно-клиновой вальцовкой
Разработана на основе результатов теоретических и экспериментальных исследований эффективная технология производства плоской поперечно-клиновой вальцовкой сплошных ступенчатых цилиндрических поковок. Изготовлена в условиях Государственного научного учреждения «Физико-технический институт HAH Беларуси» промышленная партия поковок типа «цапфа» для автомобильной промышленности. Экспертиза качества… Читать ещё >
Исследование и разработка технологии производства сплошных ступенчатых поковок плоской поперечно-клиновой вальцовкой (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Содержание
- 1. Анализ тенденций использования методов физического и математического моделирования для исследования процесса плоской поперечно клиновой вальцовки
- 1. 1. История развития, современное состояние и направления совершенствования процессов ПКВ
- 1. 2. Обзор основных технологических схем и способов осуществления ПКВ сплошных цилиндрических заготовок
- 1. 3. Сущность процесса ГТПКВ
- 1. 4. Основные методы исследования процессов ППКВ
- 1. 5. Обзор работ по применению МКЭ для моделирования процессов ОМД
- 1. 6. Цели и задачи настоящего исследования
- 2. Объекты исследования и основные методики сбора и обработки экспериментальных данных
- 2. 1. Описание и основные характеристики материалов, применявшихся при исследовательских работах
- 2. 2. Лабораторное и опытно-промышленное исследовательское оборудование
- 2. 3. Общая методика обработки экспериментальных данных
- 2. 3. 1. Методика обработки данных физического моделирования
- 2. 3. 2. Методика аппроксимации реологических характеристик конструкционных сталей
- 2. 4. Общая методика математического моделирования, оборудование для обработки цифровых данных и оформления работы
- 2. 4. 1. Общая методика математического моделирования
- 2. 4. 2. Оборудование, использованное для обработки цифровых данных экспериментов и оформления работы
- 2. 5. Выводы по 2 главе
- 3. Методики физического и математического моделирования процессов горячей деформации
- 3. 1. Подходы Эйлера и Лагранжа к описанию деформирования сплошных сред
- 3. 2. Краевые задачи в теории ОМД
- 3. 3. Вариационные формулировки краевых задач обработки металлов давлением
- 3. 3. 1. Понятие вариационного принципа
- 3. 3. 2. Вариационные постановки краевых задач для жесткопластических тел
- 3. 3. 3. Вариационная формулировка Маркова — Германна
- 3. 4. Линеаризация определяющих соотношений для жесткопластического тела
- 3. 5. Моделирование тепловых процессов при ОМД
- 3. 5. 1. Стационарные процессы теплообмена
- 3. 5. 2. Моделирование нестационарных процессов теплообмена
- 3. 6. Применение метода конечных элементов к решению трехмерных задач обработки металлов давлением
- 3. 6. 1. Формулировка задачи и допущений МКЭ
- 3. 6. 2. Формулировки подходов к удовлетворению условия несжимаемости
- 3. 6. 3. Учет несжимаемости металла с помощью метода штрафных функций
- 3. 6. 4. Учет несжимаемости металла в смешанной вариационной формулировке
- 3. 7. Разработка методики моделирования
- 3. 8. Выводы по 3 главе
- 4. Физическое и математическое моделирование технологических процессов ППКВ
- 4. 1. Цели и задачи физического моделирования процесса ППКВ
- 4. 2. Выбор метода физического моделирования процессов ППКВ и процесс производства сплошных слоистых моделей
- 4. 2. 1. Выбор метода физического моделирования
- 4. 2. 2. Создание слоистых моделей
- 4. 3. Порядок проведения физического моделирования
- 4. 3. 1. Подготовка исходной заготовки к вальцовке
- 4. 3. 2. Подготовка и наладка опытно-экспериментальной оснастки
- 4. 3. 3. Подготовка вальцованных заготовок к анализу
- 4. 4. Результаты физического моделирования
- 4. 5. Цели и задачи математического моделирования
- 4. 6. Выбор программного обеспечения для моделирования и проведение оценочных расчетов
- 4. 6. 1. Анализ ППКВ сплошных поковок при помощи разбиения объемной задачи на несколько плоских
- 4. 6. 2. Моделирование процесса ППКВ с применением САПР ЗоНсШогкз 2005 и ВС Бейпл-ЗБ
- 4. 7. Результаты математического моделирования
- 4. 8. Выводы по 4 главе
- 5. Разработка и оптимизация технологических процессов ППКВ согласно комплексной методике проектирования
- 5. 1. Совершенствование алгоритма разработки технологических процессов ППКВ
- 5. 2. Применение комплексной методики к оптимизации технологического процесса ППКВ поковки типа «шаровый палец»
- 5. 3. Применение комплексной методики к разработке технологического процесса ППКВ поковки типа «цапфа»
- 5. 4. Анализ качества продукции при помощи металлографического исследования вальцованных поковок
- 5. 5. Выводы по 5 главе
6 Выводы по работе.
1. Установлены на основе комплексного исследования, в том числе на промышленном оборудовании, особенности и закономерности пластического деформирования поковок при плоской поперечно-клиновой вальцовке: сложная форма контактной поверхностилокализация и перемещение очага деформациинеравномерный характер контактных давлений и напряженно-деформированного состояния в очаге деформации и др. Выявлен эффект закручивания волокон, зависящий от сил контактного трения. Его величина по оси поковки максимальна в середине поковки и снижается к её краям, а в поперечном сечении снижается от периферии к центру поковки. В осевой области поковок возникают значительные растягивающие напряжения, которые могут приводить к нарушению сплошности или их разрушению.
2. Выявлен эффект проскальзывания заготовки по инструменту, зависящий, в основном, от величины сил контактного трения и геометрических параметров клинового инструмента. Установлена зависимость проскальзывания от величины распорного усилия: в момент начала проскальзывания наблюдается резкое (на 40−60%) падение распорного усилия, что свидетельствует о нестабильности процесса вальцовки, особенно на заходном участке клинового инструмента. Увеличение сил контактного трения снижает величину распорного усилия и, как следствие, величину тянущего усилия.
3. Предложено на основе анализа современного состояния теоретических основ математического и физического моделирования, вычислительных систем и программного обеспечения использовать их для разработки методик комплексного исследования и проектирования инструмента и технологического процесса вальцовки в следующем сочетании: система расчета инструмента или инженерный расчет по геометрическому подобиюСАПР пакет для трехмерного представления моделей и анализа их прочностиКЭ ВС.
4. Проведён на основе результатов математического и физического моделирования анализ причин возникновения брака при вальцовке и предложены рекомендации по его устранению. Установлено, что вальцовка заготовок с относительной длиной 1ПОк/с1пок < 2,7 приводит к возникновению значительных торцевых утяжин. Начало проскальзывания заготовки по инструменту, приводящее к её смятию и определяемое по повышению распорного усилия на 8−10% от первоначального или его снижению на 40−60% в установившемся режиме процесса, необходимо устранить увеличением сил контактного трения, восстановив, например, технологическую насечку на боковых гранях клинового инструмента. Показано влияние исходной позиции заготовки на величину сдвиговых напряжений осдв, действующих по оси, при вальцовке ступенчатых несимметричных поковок. Установлено, что наличие на клиновом инструменте углов наклона боковых граней, равных 90°, может приводить к браку при осдв > од0п.
5. Разработана на основе результатов математического и физического моделирования процесса вальцовки комплексная методика автоматизированного проектирования клинового инструмента и технологических процессов вальцовки сплошных цилиндрических ступенчатых поковок, позволяющая осуществить рациональный выбор формы и размеров исходных заготовок, основных технологических параметров процесса, что обеспечивает повышение коэффициента использования металла на 10−15%.
6. Спроектированы на основе разработанной методики и изготовлены комплекты экспериментального и промышленного клинового инструмента и оснастки для плоской поперечно-клиновой вальцовки, обеспечивающие устойчивое деформирование сплошных ступенчатых цилиндрических поковок.
7. Разработана на основе результатов теоретических и экспериментальных исследований эффективная технология производства плоской поперечно-клиновой вальцовкой сплошных ступенчатых цилиндрических поковок. Изготовлена в условиях Государственного научного учреждения «Физико-технический институт HAH Беларуси» промышленная партия поковок типа «цапфа» для автомобильной промышленности. Экспертиза качества этих поковок показала их соответствие требованиям технических условий.
1. Балин А. Ф., Рогов И. В., Поздняков О. Д. Поперечно-клиновая прокатка. Расчет технологических параметров и конструирование оснастки. Горький ГПКТИ.: 1974.
2. Holub J., Transverse hot rolling // Mashinery.-1969.-№ 102(3)-P. 129 134.
3. Tomas A., Transverse rolling of performs for drop forging // Proc. 1st. int. conf. on rotary metalworking processes-London U.K.-1979.-P. 147 156.
4. Tsukamoto H., Morimoto K. Cross roll method for the production of axisymmetrical // Proc. 2nd. int. conf. on rotary metalworking processes-Stratford U.K.-1982.-P. 9−20.
5. Johnson W., Mamalis A.G. A survey of some physical defects arising in metal working processes // Proc. 17th. int. MTDF conf.-London U.K.-1977.-P. 607−621.
6. Lebek A. Rollmachine zur herstellung von rotationssymmetrischen korpern. Deutsches Patent.-l0089 V.-l 879.
7. Gotse J. Redman tools to build Holub transverse hot-rolling machines // Mach. Prod.-Engng.-1968.-P. 480−481.
8. Rogers S.E. Wedge-roll forming makes UK debut // Metalworking Prod.-l 969.-P. 43−45.
9. Astrop A.W. High-volume productions of stub shafts by transverse roll forging //Math. Prod.-Engng.-1971 -P. 46−47.
10. Awano T. Report of Japan Physics and Chemistry Institute.-1955.-P. 710.
11. Веремеевич Ю. Н., Суворин Е. П., Горовой P.С. и др. Устройство автоматических поперечно-клиновых прокатных станов // Кузнечно-штамповочное производство.-1976.-С. 29−31.
12. Андреев Г. В., Макушок Е. М, Сигал В. М и др. Оборудованиепоперечной прокатки. Патент CCCP.-A.S.460 925.-1975.
13. Moskel J. Application of cross wedge rolling // Unformtechnik.-1991.-P. 51−56.
14. Воскресенский Д. И. Антенны и устройства СВЧ. Проектирование фазированных антенных решеток. М: Радио и связь, 1994, 592 с.
15. Никитин В. А., Телевизионные антенны на выбор. М: Изд. «Солон-Р», 1999.
16. Пат. 2 001 284 960 A Japan, CI (H01Q 21/06), Sheet Metal Antenna / Lon В, Korischl, Wuhui A.-2001.
17. Колачев Б. А., Ливанов B.A., Елагин В. И. Металловедение и термическая обработка металлов и сплавов. -М: Металлургия 1981.
18. Батышев А. И. Базилевский Е. М, Бобров В. И. Штамповка жидкого металла. -М, Машиностроение, 1978.
19. Biba N.V., LishnijA.I., Stebounov S.A. Finite element simulation and computer aided design of forming technology with FORM-2D system // Proceedings of Metal Forming Process Simulation in Industry-Baden-Baden.-1994.-P. 302−320.
20. Конечно-элементная модель электровысадки // Биба Н. В., Власов А. В. Лишний, А. И., Стебунов С. А. Кузнечно-штамповочное производство, 2001, № 6, с. 40−43.
21. Биба Н. В., Лишний, А.И., Стебунов С. А. Эффективность применения моделирования для разработки технологии штамповки //Кузнечно-штамповочноепроизводство.-2001.-№ 5.-С.39−44.
22. Стебунов С. А., Биба Н. В. FORGE FAIR'97 демонстрация возможностей объемной штамповки // Кузнечно-штамповочное производство.-1997.-№ 8.-С.36−37.
23. ГОСТ 3778–77. Свинец. Технические условия. Переизд. янв. 1998. -М: ИПК Издательство стандартов, 1998.
24. ГОСТ 4543–71. Прокат из легированной конструкционной стали. Технические условия. Переизд. дек. 1996 с изм 1−5. М: ИПК25.