Технологические основы обеспечения стойкости инструмента и формирования качества изделий цепного производства при полугорячем выдавливании

В решении проблемы по увеличению выпуска высококачественной и конкурентоспособной продукции машиностроения и металлообработки важное место отводится расширению применения прогрессивных способов обработки давлением при изготовлении осесимметричных деталей, позволяющих снизить трудоёмкость и себестоимость их изготовления.

Во многих отраслях машиностроения широко применяются цепные передачи и цепные устройства. Основным органом в них — приводным, тяговым или грузовым — является цепь. Ответственными элементами приводных и тяговых цепей являются ролики и втулки, представляющие большую группу деталей цилиндрической формы. К ним предъявляются повышенные требования по механическим свойствам материала (твердость), точности изготовления (разностенность) и качеству поверхности (рис. 1).

Эскиз ролика Цепь Размеры, мм Твердость, HRC Разностенность, мм Материал шаг D d L С.

Номин. Допуск Номин. Допуск Номин. Допуск.

Приводная 25,4 15,88 -0,045 11,47 +0, 035 15,3 -0,3 0,7 46.52 0,07 Сталь ЗОХЫЗА ГОСТ 4543–94.

0 Щ чX CJ d wi 31,75 19,05 13,74 18,7.

38,1 22,23 17,0 24,9.

1 -J.

50,8 28,58 21,0 +0,045 31,4 1,0 в.

Тяговая 160 52 -0,20 35 +0,87 +0,67 -1,0 2,0 50.58 — Сталь 50 ГОСТ 1050–94.

Вместо фасок допускаются скругления 200 44 -0,17 30 +0,84 +0,64.

400 62 -0,20 42 +0,67 +0,51.

Рисунок 1. Типоразмеры роликов приводных и тяговых цепей.

Для их производства используются углеродистые и легированные конструкционные стали, такие как 15 (втулки), 50, ЗОХНЗА (ролики). Производство цилиндрических деталей традиционными методами (горячее выдавливание, механическая обработка на многошпиндельных токарных станках-автоматах с вредными условиями труда) отличается высокой трудоемкостью, низкой производительностью технологического процесса и значительными отходами дорогостоящих углеродистых и легированных конструкционных сталей. При этом коэффициент использования металла (легированная конструкционная сталь ЗОХНЗА, стали 15 и 50) довольно низок и составляет 0,3 — 0,5 (рис. 2).

Рисунок 2. Ролики проводной цепи (шаг 25,4- 31,75- 38,1- 50,8 мм).

Одним из наиболее производительных и экономически целесообразных способов изготовления таких деталей является полугорячее выдавливание, позволяющее повысить технологическую деформируемость, и на этой основе расширить номенклатуру обрабатываемых сталей.

Опыт работы кузнечных цехов и результаты экспериментальных работ научно-исследовательских институтов по освоению прогрессивных процессов изготовления цилиндрических поковок в различных отраслях машиностроения создали предпосылки для использования полугорячего выдавливания при производстве роликов и втулок цепного производства из трудно-деформируемых углеродистых и легированных конструкционных сталей.

Полугорячее выдавливание обеспечивает получение деталей по точности и качеству поверхности незначительно уступающих деталям, изготовляемым холодным выдавливанием, но при значительном снижении удельной силы. Кроме того, реализация рациональных термомеханических режимов пластического формоизменения и охлаждения деталей в едином технологическом цикле позволит получить высокий комплекс механических характеристик материала изготовляемых деталей с улучшением эксплуатационных свойств изделия в целом. При этом резко сокращаются энергетические затраты, исключаются промежуточные операции отжига и нанесения упрочняющих покрытий.

Кроме того, поиск путей совершенствования технологических процессов полугорячего выдавливания в условиях серийного производства открывает возможность использования горячекатаного пруткового материала в качестве экономичного вида проката для заготовок под выдавливание.

Реализация этого прогрессивного метода в производство осуществляется медленными темпами из-за ряда технических сложностей, связанных, в первую очередь, с обеспечением стойкости штампового инструмента и недостаточной изученностью процесса. Всё это требует проведения определенных экспериментальных работ, связанных с определением основных термомеханических параметров полугорячего выдавливания выше указанных марок сталей при учете температурного режима работы инструмента: температуры обработки, предельной степени деформации за один ход деформирующего инструмента, скорости деформирования, сопротивления деформированию.

Кроме того, в технической литературе нет достаточных сведений о режимах полугорячего выдавливания заготовок из наиболее распространенных для этих изделий сталей 15, 50, ЗОХНЗА, при отсутствии экспериментальных кривых упрочнения для этих марок сталей. Совершенно не изучены вопросы, связанные с выявлением зависимостей характеристик качества изготовляемых деталей от заданных условий деформирования с учетом реальных свойств материала исходных заготовок и стойкости инструмента.

Недостаточно изучены вопросы теоретического и экспериментального определения стойкости штампового инструмента для полугорячего выдавливания во взаимосвязи с рациональными параметрами технологии, позволяющие на этапе проектирования конкретного техпроцесса использовать внутренние резервы повышения стойкости штампового инструмента, тем самым снизить расход дорогостоящей инструментальной стали. Кроме того, стойкость инструмента относится к числу основных показателей, определяющих возможность применения процесса и его экономичность.

Анализируя современный уровень технологий изготовления деталей цилиндрической формы серийного производства и вопросы обеспечения стойкости штампового инструмента необходимо отметить, что разработка новых технологий обработки труднодеформируемых материалов, улучшающие эксплуатационные характеристики изделий, методов расчета, позволяющих прогнозировать силовые параметры и формируемые механические свойства, а также определять стойкость инструмента с учетом реальных свойств материала и режима термосилового нагружения, являются актуальными для машиностроения, позволяющими решить крупную научную проблему создания новых технологических процессов изготовления осе-симметричных изделий серийного производства при уменьшении трудоёмкости и снижении себестоимости их изготовления.

Диссертация выполнена в рамках научно-технической программы Министерства образования и науки Российской Федерации «Развитие научного потенциала высшей школы (2006;2008 гг.)» (проект № РНП 2.1.2.8355 «Создание научных основ формирования свойств изделий общего и специального назначения методами комбинированного термопластического деформирования материалов»), гранта Президента РФ (грант НШ № 4190.2006.8) на поддержку молодых российских ученых и ведущих научных школ и представляет собой научное обобщение результатов, полученных автором в 1973 — 2006 гг. во время работы на кафедрах механики пластического формоизменения и технологической механики Тульского государственного университета, а также в соответствии с хоздоговорами НИР 72 101/5, 75−378, 81−051. Результаты диссертации использовались при разработке и внедрении технологических процессов изготовления роликов приводных и тяговых цепей, и технологии изготовления цилиндрических изделий типа «стакан» ответственного назначения с требуемыми эксплуатационными характеристиками.

Цель работы: повышение эффективности цепного производства при изготовлении осесимметричных изделий из углеродистых и легированных конструкционных сталей на базе научного обеспечения разработки технологических основ стойкости штампового инструмента для полугорячего выдавливания роликов и втулок цепей, формирования заданных характеристик качества, повышения надежности эксплуатации изготовляемых изделий, уменьшения трудоёмкости изготовления, сокращения сроков подготовки производства новых изделий и рекомендаций их проектирования, реализуемых с использованием механики деформируемого твердого тела.

Для достижения указанной цели были сформулированы следующие задачи исследований:

1. Разработать научно обоснованные технологические решения обеспечения стойкости штампового инструмента и формирования качества изделий цепного производства при полугорячем выдавливании. Экспериментально определить механические свойства углеродистых и легированных конструкционных сталей 15, 50 и ЗОХНЗА в интервале температур полугорячей обработки в зависимости от температуры, степени и скорости деформации и в реальных условиях полугорячего обратного выдавливания стальных заготовок выявить размеры и форму очага пластической деформации.

2. Осуществить теоретическое исследование процесса полугорячего обратного выдавливания, в результате которого выявить влияние степени деформации, условий трения контактных поверхностей пуансона и заготовки на кинематику течения жесткопластического материала, и на базе принятого кинематически возможного поля скоростей течения материала методом верхней оценки определить силовое нагружение пуансона обратного выдавливания с учетом температурно-скоростной зависимости интенсивности напряжения в очаге пластической деформации.

3. Разработать теоретико-экспериментальный подход к прогнозированию стойкости наиболее нагруженного элемента штампового инструмента — пуансона, реализующий испытания модели натурного пуансона — образца-пуансона во взаимосвязи с основными технологическими параметрами процесса.

4. Создать методику экспериментальных исследований и провести испытания образцов-пуансонов, изготовленных из инструментальных сталей марок Р6М5, 4Х5МФС, ЗХЗМЗФ. Изучить изменение циклической стойкости штампового инструмента в зависимости от силового нагружения и тем-пературно-скоростных условий испытания.

5. Экспериментально выявить закономерности влияния основных технологических параметров процесса на силовой режим инструмента и формирование характеристик качества изготовляемых изделий с разработкой математических моделей для расчёта их величин. Оценить минимально допустимую стойкость штампового инструмента исследуемого процесса с учетом температурно-скоростных условий его работы и формируемых характеристик качества.

6. Реализовать научно обоснованные технологические решения и теоретико-экспериментальный подход к прогнозированию стойкости штампо-вого инструмента в промышленности при разработке рекомендаций по расчету и проектированию технологических процессов изготовления роликов и втулок цепного производства на кузнечно-прессовых машинах, а также в учебном процессе при выполнении курсовых и дипломных проектов студентами, магистерских и кандидатских диссертационных работ.

Методы исследования.

Теоретические исследования процесса полугорячего обратного выдавливания выполнены с использованием основных положений механики деформируемого твердого тела и теории пластичности жесткопластического телаанализ деформированного состояния заготовки в исследуемом процессе формоизменения осуществлен методом «визиопластичности» с получением кинематически возможного поля скоростей течения материала и основных соотношений мощности внешних и внутренних сил при заданных начальных и граничных условиях. При теоретическом прогнозировании стойкости штампового инструмента используется метод решения упругопласти-ческой задачи при сжатии тонкого диска.

Экспериментальные исследования выполнены с использованием современных испытательных машин (универсальные испытательные машины Р-5, ГМС-50- механический копер), кузнечно-прессовых машин (кривошипный пресс модели К2130Б, пресс-автомат модели А1223), методов тензомет-рирования и регистрирующей аппаратурыобработка опытных данных осуществлялась с применением методов математической статистики и теории планирования экспериментаизмерение рациональных интервалов изменения технологических параметров, которые обеспечивали получение необходимых характеристик качества поковок цилиндрических деталей, производилось с помощью высокоточных измерительных приборов и специально сконструированных приспособлений.

В работе получены и выносятся на защиту следующие научные результаты:

1. Разработан научно обоснованный подход к прогнозированию стойкости штампового инструмента и формированию качества изделий цепного производства при полугорячем выдавливании, выразившемся в определении механических характеристик сталей 15, 50 и 30XH3A в интервале температур полугорячего выдавливания и использовании метода верхней оценки для расчета силового нагружения инструмента, отличающегося от известных более точным определением формы и размеров очага пластической деформации, выявленного по результатам экспериментальных исследований, выполненных в условиях реального процесса полугорячего выдавливания.

2. Выполнено теоретическое исследование процесса полугорячего обратного выдавливания при изготовлении роликов и втулок цепей на основе жесткопластического течения с привлечением уравнений механики деформируемого твердого тела, учитывающие совокупность влияния степени деформации, условий трения контактных поверхностей инструмента и заготовки, и позволяющие прогнозировать силовые параметры, формирование характеристик качества изготовляемых деталей и стойкость штампового инструмента.

3. Предложен теоретико-экспериментальный подход к прогнозированию стойкости наиболее нагруженного элемента штампового инструмента — пуансона, позволяющий при решении задачи о сжатии тонкого приконтакт-ного слоя рабочей части инструмента определить его циклическую стойкость по условию образования разгарной трещины, включая его реализацию при испытании универсального образца-пуансона (геометрически подобная модель натурного пуансона) на термомеханическую усталость на специально разработанной экспериментальной установке в условиях максимально приближенных к условиям эксплуатации пуансонов обратного выдавливания с исследованием влияния основных технологических параметров процесса (температура, удельная сила и частота хода кузнечно-прессовой машины) на стойкость инструмента.

4. Разработана математическая модель прогнозирования стойкости штампового инструмента, изготовленного из сталей Р6М5, 4Х5МФС, ЗХЗМЗФ, позволяющая определять циклическую стойкость пуансонов для изготовления роликов и втулок цепей в зависимости от изменения силового режима и температурно-скоростных параметров процесса полугорячего выдавливания.

5. Осуществлено экспериментальное исследование процесса полугорячего обратного выдавливания с изучением влияния технологических параметров, геометрических размеров заготовки и формы рабочей части инструмента, степени деформации, условий трения контактных поверхностей инструмента и заготовки на изменение силового режима пластического формоизменения при изготовлении роликов и втулок цепей.

6. Разработаны математические модели характеристик качества цилиндрических деталей (твердость, разностенность и шероховатость поверхности), изготовляемых из легированной конструкционной стали ЗОХНЗА, с использованием метода математической статистики и теории планирования эксперимента, позволяющие выявить закономерности формирования характеристик качества изделий с учетом комплексного влияния основных технологических факторов (температура, степень деформации, геометрические размеры заготовки и форма рабочей части инструмента).

7. Получено экспериментальное подтверждение возможности получения комплекса механических свойств деталей (ролики приводных цепей шага 25,4 мм- 31,75 мм- 38,1 мм- 50,8 мм), изготовляемых из легированной конструкционной стали ЗОХНЗА полугорячим выдавливанием на опытно-промышленной установке, основанное на применении рационального термомеханического режима пластического формоизменения и условий охлаждения.

8. Предложены научно обоснованные рекомендации по расчету и проектированию технологических процессов изготовления роликов приводных цепей (шаг 25,4 мм- 31,75 мм- 38,1 мм- 50,8 мм) из стали ЗОХНЗА, роликов и втулок тяговых цепей (шаг 160 мм- 200 мм- 400 мм) из сталей 15 и 50, направленные на обеспечение стойкости инструмента, формирование заданных характеристик качества деталей, выполнение эксплуатационных требований готового изделия ответственного назначения, а также снижение трудоемкости их изготовления.

9. Разработаны конструкции опытно-промышленной установки, нагревательных устройств, штампов и инструмента на уровне изобретений.

Научная новизна:

— на базе соотношений механики деформируемого твердого тела получено решение задачи полугорячего обратного выдавливания с привлечением экспериментально выявленного кинематически возможного поля скоростей течения материала в приложении к прогнозированию стойкости инструмента;

— разработаны теоретико-экспериментальный подход к прогнозированию циклической стойкости наиболее нагруженного элемента штампового инструмента — пуансона и методика его реализации, отличающиеся применением универсального образца-пуансона в качестве модели натурного пуансона для испытаний с учетом влияния основных параметров рационального режима полугорячего выдавливания при изготовлении роликов и втулок цепей;

— выявлены закономерности изменения стойкости штампового инструмента, силовых параметров процесса и формирования характеристик качества деталей, отличающиеся комплексным учетом влияния технологических параметров, условий трения контактных поверхностей инструмента и заготовки, геометрических размеров заготовки и формы рабочей части инструмента, механических характеристик материала заготовок и режима охлаждения изготовляемых деталей при полугорячем выдавливании с разработкой математических моделей для расчёта их величин.

Практическая значимость и реализация результатов работы:

— Экспериментально определены новые данные о механических свойствах сталей 15, 50 и ЗОХНЗА, позволяющие более точно определить силовые параметры и формируемые характеристики качества роликов и втулок цепей при полугорячем выдавливании в виде зависимостей напряжения текучести от температуры, степени и скорости деформации.

— Разработаны рекомендации по проектированию технологических процессов изготовления роликов и втулок приводных и тяговых цепей из сталей 15, 50 и ЗОХНЗА с требуемыми механическими свойствами и показателями качества, и применением операции полугорячего обратного выдавливания в качестве основной формообразующей, обеспечивающая экономически обоснованную стойкость штампового инструмента.

— Экспериментально отработан процесс отрубки заготовок от пруткового материала при изготовлении цилиндрических деталей массового производства. Разработаны конструкции штампов, рабочего инструмента и нагревательных устройств для их реализации, подтвержденные авторскими свидетельствами (А.с. № 1 031 621, 1 202 681, 1 276 415, 1 407 642).

— Разработана экспериментальная конструкция штамповой оснастки для проведения циклических испытаний образцов-пуансонов, изготовленных из инструментальных сталей, в диапазоне изменения основных технологических параметров процесса (патент РФ № 2 284 024).

— В результате комплексного исследования процесса пластического формоизменения стальных заготовок в сочетании с теоретикоэкспериментальным подходом к прогнозированию стойкости штампового инструмента разработаны технологические процессы изготовления роликов приводных цепей шага 25,4 мм- 31,75 мм- 38,1 мм- 50,8 мм методом полугорячего выдавливания заготовок из стали 30XH3A на кузнечно-прессовых машинах, обеспечивающие получение точных цилиндрических деталей с улучшенными эксплуатационными характеристиками. Новые технологические процессы внедрены в производство на предприятиях отраслевого Министерства (завод цепей ПО «УМЗ» г. Ульяновск, ОАО «ТПЗ» г. Тула) с экономическим эффектом, полученным в результате снижения трудоемкости и себестоимости их изготовления.

— Разработана эффективная технология производства втулок тяговых цепей типа М224 с применением полугорячего выдавливания заготовок из сталей 15, 50, полученных резкой из пруткового материала.

— Основные результаты исследований внедрены в учебный процесс и используются при чтении лекций по дисциплине «Теория обработки металлов давлением при повышенных температурах» при подготовке студентов, обучающихся по направлению 150 400 «Технологические машины и оборудование» специальности 170 104 «Высокоэнергетические устройства автоматических систем», а также при подготовке кандидатских и магистерских диссертаций, курсовых и дипломных проектов.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации докладывались и обсуждались на Всероссийской научно-технической конференции «Новые материалы и технологии в машиностроении» (г. Рубцовск, 2004 г.) — на 2-й Международной научно-технической конференции «Механика пластического формоизменения» (г. Тула, 2004 г.) — на научно-технической конференции «Творческое наследие В.Ф. Прейса» (г. Тула, 2006 г.) — на 1-й Международной научно-технической конференции «Эксплуатация и методы исследования систем и средств автомобильного транспорта» (г. Тула, 2006 г.) — на Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы проектирования и производства систем и комплексов» (г. Тула, 2006 г.), а также на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Тульского государственного университета (г. Тула, 1974 — 2006 гг.).

Работа автора в развитии технологии и конструирования штамповой оснастки с внедрением последней в производство и учебный процесс отмечена присуждением ему звания «Изобретатель СССР» с вручением нагрудного знака (Тульский областной совет ВОИР от 21.12.90 г.).

Публикации.

По теме диссертационной работы опубликовано более 50 работ: монографии [78, 82]- статьи в центральной печати и сборниках, входящих в «Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий ВАК» [66, 67, 69, 70, 74, 80, 83, 85, 86, 87, 110, 112, 113, 114, 115, 117, 118, 120, 121, 122, 126, 127, 128, 129, 130, 131, 132, 133, 193]- статьи в различных изданиях и в межвузовских сборниках научно-технических трудов [38, 55, 73, 75, 76, 77, 81, 84, 109, 111, 116, 123, 124, 134, 194, 195]- труды в сборниках тезисов докладов Всероссийской и Международной конференций [68, 119]. Получено 4 авторских свидетельства [71, 72, 79, 125] и один патент [108]. Всего 34,5 п.л., из них авторских 22,3 п.л.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка используемых источников, приложения и включает 250 страниц машинописного основного текста, 87 рисунков помещенных на 38 страницах, список используемых источников из 203 наименований на 22 страницах. В приложениях приведены тексты программы и сведения о практическом использовании результатов диссертационной работы. Общий объем работы 392 страницы.

6.5. Выводы.

1. Разработаны рекомендации по проектированию технологических процессов изготовления цилиндрических деталей с применением полугорячего выдавливания, обеспечивающих получение высокой точности размеров основных геометрических форм деталей.

2. На основании проведенных теоретических исследований и экспериментальных работ разработаны технологические процессы изготовления роликов и втулок приводных и тяговых цепей из углеродистых и легированных конструкционных сталей с применением полугорячего обратного выдавливания. Коэффициент использования металла составляет 0,70−0,85.

3. Экспериментальным путем отработаны режимы процесса и разработана маршрутная технология изготовления поковки полуфабриката предпоследней вытяжки цилиндрического изделия «стакан» за одну операцию полугорячего выдавливания. Доказано, что с одним комплектом штампового инструмента энергозатраты на формоизменение полуфабриката цилиндрического изделия «стакан», полученного полугорячим выдавливанием, ниже по сравнению с серийной технологией многопереходной вытяжки.

4. Установлено, что в технологических процессах с применением полугорячего выдавливания, как основного формоизменяющего, обеспечивается хорошая проработка всего объема металла заготовки с получением заданных механических свойств при обеспечении заданной стойкости инструмента (пуансона обратного выдавливания). Показано, что для цилиндрического изделия «стакан» окончательное формирование механических свойств материала стенок изделия осуществляется на операции последней вытяжки с утонением. Макрои микроструктура поковок соответствует требованиям, предъявляемым к изделиям данного типа.

5. Результаты технико-экономического расчета показывают, что технологический цикл производства деталей типа роликов и втулок цепей и цилиндрических изделий «стакан» сокращается за счет уменьшения числа основных и вспомогательных операций (термообработка, травление, промывка, сушка, фосфатирование и т. д.). При расчете и проектировании технологий применение разработанных математических моделей характеристик качества и стойкости инструмента позволяют прогнозировать их ожидаемые величины и управлять показателями механических и точностных характеристик, а также выбирать соответствующую марку инструментальной стали.

Себестоимость полученных деталей снижается в результате сокращения расхода металла на 25 — 40%, уменьшения объема механической обработки на 50 — 70%, сокращения объема слесарно-доводочных работ в среднем на 35 — 40%. Применение научно обоснованных технологических решений для двухпереходной штамповки при изготовлении цилиндрического изделия «стакан» обеспечивает стойкость пуансона обратного выдавливания в пределах 3200 штук.

6. Установлена зависимость силового режима и температурно-скоростных условий работы инструмента от применяемых моделей кузнеч-но-прессовых машин. Для обеспечения заданной стойкости инструмента частота хода ползуна должна быть в пределах 70−90 в минуту, а производительность процесса не должна превышать 35−40 деталей в минуту.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В диссертационной работе решена крупная научная проблема, имеющая важное значение для машиностроения и состоящая в повышении эффективности технологии цепного производства при изготовлении осесимметричных изделий из углеродистых и легированных конструкционных сталей на базе разработки технологических основ обеспечения стойкости штампового инструмента для полугорячего выдавливания роликов и втулок цепей путем развития теории процесса пластического формоизменения и экспериментально-теоретических исследований этого процесса, обеспечивающих заданное качество и надежность их эксплуатации, уменьшение трудоёмкости изготовления изделий, сокращение сроков подготовки производства новых изделий и методик их проектирования.

В процессе теоретического и экспериментального исследований получены следующие новые основные результаты и сделаны выводы:

1. Разработана математическая модель силового нагружения инструмента для полугорячего обратного выдавливания осесимметричных деталей с учетом механических свойств материала заготовки, отличающаяся реализацией экспериментально выявленного кинематически возможного поля скоростей течения материала жесткопластического тела на стационарной стадии процесса, посредством которого представляется возможным для заданных условий деформирования определить силовые параметры процесса по методу верхней оценки с учетом геометрических размеров заготовки и инструмента, степени деформации, условий трения контактных поверхностей инструмента и заготовки.

При этом установлено, что в полученном решении коэффициент контактного трения не оказывает существенного влияния на изменение деформирующей силы на пуансоне обратного выдавливания. Показано, что в процессе обратного полугорячего выдавливания изменение среднего значения интенсивности напряжения сг, — зависит от температуры и скорости деформации, и оказывает значительное влияние на силовой режим нагружения пуансона.

2. Специально спроектированные и изготовленные установки, оснащенные необходимыми приспособлениями и регистрирующей аппаратурой позволяют получать объективные экспериментальные характеристики механических свойств (cr0,crB, S) сталей 15, 50 и ЗОХНЗА в зависимости от температуры, степени и скорости деформации, и показали их хорошее согласование с аналогичными характеристиками других марок сталей того же класса.

Определены рациональные температурно-скоростные режимы полугорячего выдавливания конструкционных сталей 50, ЗОХНЗА (температурный интервал обработки 720 — 760 °C, скорость деформирования 2−8 м/с). Разработана методика определения интенсивности напряжения этих сталей в зависимости от температуры, степени и скорости деформации, соответствующей скорости применяемого для производства роликов и втулок цепей оборудования, при адиабатических условиях испытаний стандартных образцов. Для обеспечения температурного режима работы инструмента устанавливается режим слежения верхней границы температурного интервала полугорячего выдавливания с соблюдением остальных параметров рационального режима.

Получены графические зависимости основных механических характеристик (предел текучести, относительное удлинение) и кривые упрочнения исследуемых марок сталей от температуры, степени и скорости деформации.

3. На базе уравнений теории упругости и пластичности разработан теоретико-экспериментальный метод прогнозирования стойкости наиболее нагруженного инструмента — пуансона для полугорячего выдавливания стальных заготовок, позволяющий при решении задачи о сжатии тонкого приконтактного слоя рабочей части пуансона установить влияние основных технологических параметров (температура t, удельная сила q и частота хода кузнечно-прессовой машины п (определяет время контакта инструмента с нагретой заготовкой)) на циклическую стойкость инструмента Njпо условию непревышения температуры его поверхности и образования разгар-ной трещины в тонком приконтактном слое.

4. Разработан экспериментальный метод исследования стойкости пуансонов для полугорячего обратного выдавливания деталей типа роликов и втулок цепей, основанный на испытании образца-пуансона (уменьшенная геометрически подобная модель натурного пуансона) на специальной установке (на уровне изобретения) с применением независимого нагрева и силового нагружения. С использованием метода математической статистики и теории планирования эксперимента разработана математическая модель прогнозирования стойкости пуансонов, изготовленных из сталей Р6М5, 4Х5МФС, ЗХЗМЗФ, в зависимости от изменения основных технологических параметров. Показано, что циклическая стойкость Nу инструмента существенно зависит от частоты хода п кузнечно-прессовой машины и в меньшей степени от удельной силы q и температуры t процесса. Полученное уравнение регрессии с помощью программы «Стойкость» для ЭВМ позволяет устанавливать такие параметры основных технологических факторов в натуральном масштабе, при которых полное накопленное значение интенсивности деформации не превышает предельно допустимой величины для данного материала инструмента, а цикловая стойкость N у при этом будет максимальной. Сравнение результатов теоретических расчетов и экспериментальных данных указывает на их удовлетворительную сходимость (до 15%).

5. На основе метода математической статистики и теории планирования эксперимента разработаны математические модели оценки силовых параметров нагружения пуансона для полугорячего обратного выдавливания роликов и втулок цепей из сталей 15, 50 и ЗОХНЗА от температуры t, степени деформации е, относительной высоты заготовки Н0 и угла торца рабочей части пуансона 2 а. С использованием полученных уравнений регрессии выявлены значения технологических факторов в натуральном масштабе, при которых минимально установленная удельная сила q при её использовании в математической модели прогнозирования стойкости позволит получить максимальную величину цикловой стойкости iVy с выдачей рекомендаций о целесообразности применения конкретной марки стали (например, Р6М5, 4Х5МФС или ЗХЗМЗФ) для изготовления штампового инструмента. Сопоставлены результаты теоретических расчетов и экспериментальных данных по силовому нагружению пуансона процесса полугорячего обратного выдавливания стальных заготовок, показавшие на удовлетворительное их согласование до 12%).

6. Разработаны математические модели изменения характеристик качества цилиндрических деталей (твердость, разностенность и шероховатость поверхности), изготовленных методом полугорячего обратного выдавливания заготовок из легированной стали ЗОХНЗА пуансоном с цилиндрической формой рабочей части, от температуры t, степени деформации s, относительной высоты заготовки Н0 и угла торца рабочей части пуансона 2 а.

7. На базе совместной реализации технологических основ обеспечения стойкости штампового инструмента и теоретико-экспериментального метода её определения разработана методика по проектированию технологических процессов изготовления цилиндрических деталей с применением операции полугорячего выдавливания. Разработаны новые технологические процессы изготовления роликов приводных цепей шага 25,4 мм- 31,75 мм- 38,1 мм- 50,8 мм из легированной стали ЗОХНЗА с улучшенными эксплуатационными характеристиками, а также технологические процессы изготовления роликов и втулок тяговых цепей шага 160 мм, 200 мм, 400 мм из сталей 15 и 50, отличительными особенностями которых являются использование пруткового материала в качестве заготовки, а полугорячее выдавливание является основной формоизменяющей операцией технологии. В процессе освоения новых технологий созданы опытные устройства нагрева, новые конструкции штамповой оснастки, использовалось современное оборудование.