Калюжний Володимир Леонідович. Прогнозування та забезпечення якості виробів в процесах холодного об'ємного штампування

brief description

Калюжний Володимир Леонідович. Прогнозування та забезпечення якості виробів в процесах холодного об'ємного штампування : Дис... д-ра наук: 05.03.05 2007

Калюжний В.Л. Прогнозування та забезпечення якості виробів в процесах холодного об’ємного штампування. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.03.05.- процеси та машини обробки тиском. Національний технічний університет України „Київський політехнічний інститут”, Київ, 2007.
Дисертація присвячена розробці підходів аналізу формозміни пластичних і
малопластичних металів холодним об’ємним штампуванням (ХОШ) шляхом моделювання на базі метода скінчених елементів (МСЕ) для отримання виробів з прогнозованою та забезпеченою якістю з урахуванням комплексного впливу конструктивних, технологічних і фізико-механічних параметрів. Показниками якості визначені: геометрична форма отримуємих виробів з урахуванням пружної деформації, зміцнення і ступінь використання ресурсу пластичності здеформованого металу. Здобули подальшого розвитку математичні моделі процесів пресування, зворотного видавлювання стаканів, висаджування в напрямку отримання виробів необхідної форми, точності з прогнозованими властивостями здеформованого металу та виробів з забезпеченими властивостями. Запропонована математична модель формозміни ХОШ з накладанням диференційованого протитиску, величина якого визначається з урахуванням гідростатичного тиску в осередку деформації і збільшується по мірі зменшення пластичності металу, що деформується, та забезпечує деформування без руйнування малопластичних металів. Розроблений пакет прикладних програм для автоматизації інженерних розрахунків при удосконаленні існуючих та створенні нових процесів ХОШ вісесиметричних виробів прогнозованої та забезпеченої якості із пластичних та малопластичних сталей і сплавів. Результатами моделювання встановлені конструктивні, технологічні та фізико - механічні параметри для створення та впровадження виробництво ряду нових ресурсозберігаючих процесів.

В дисертації виконані нові науково обґрунтовані розробки в області процесів холодного об’ємного штампування (пресування, холодного видавлювання традиційного і накладанням протитиску та висаджування), що забезпечують вирішення значної прикладної проблеми: розвиток методів аналізу шляхом комп’ютерного моделювання процесів ХОШ пластичних, малопластичних сталей для визначення параметрів отримання виробів прогнозованої і забезпеченої якості при удосконаленні існуючих та створенні нових ресурсозберігаючих процесів на стадії проектування без доопрацювання експериментальними роботами.
В результаті досліджень зроблено наступні висновки:
1. З аналізу літературних джерел виявлено, що використання МСЕ, комерційних програм на базі МСЕ для створення математичних моделей процесів холодної формозміни в обробці металів тиском преважною частиною направлене на визначення силових режимів, питомих зусиль, напружено-деформованого стану металу, що не задовольняє запитам промисловості по рівню автоматизації проектування процесів і вірогідності результатів при комплексному врахуванні впливу конструктивних, технологічних і фізико-механічних параметрів на прогнозування та
забезпечення якості виробів, особливо з малопластичних сталей. Це обмежує створення ресурсозберігаючих процесів в пріоритетних галузях промисловості і вказує на те, що є актуальними задачі, які розглядаються в даній роботі.
2. Встановлено, що конструктивні, технологічні та фізико-механічні параметри в процесах ХОШ визначають схему напруженого стану і гідростатичний тиск в осередку деформації, які в свою чергу, впливають на силові режими, питомі зусилля та технологічну пластичність металу. Остання є визначальною для прогнозування та забезпечення якості виробів, що отримуються: геометрії виробу з урахуванням пружної деформації, розмірів осередку деформації, зміцнення здеформованого металу та ступеню використання ресурсу пластичності.
3. Розроблено підходи аналізу на базі МСЕ процесів формозміни ХОШ, які на відміну від існуючих, дозволяють проводити моделювання з врахуванням складної геометрії заготовок і інструменту, впливу гідростатичного тиску в осередку деформації та диференційованого протитиску на пластичність, а також визначати оптимальні конструктивні, технологічні та фізико-механічні параметри, при отриманні виробів прогнозованої якості та раціональні параметри для забезпечення якості виробів.
4. З використанням удосконалених математичних моделей, проведений аналіз процесів пресування круглих заготовок, направлений на визначення впливу ступеня деформації та кута конусу матриці на якість пресованих заготовок: їх геометрії з урахуванням пружної деформації, зміцнення здеформованого металу та ступінь використання ресурсу пластичності по ширині пресованих прутків. Встановлені ступінь деформації та кут матриці, які забезпечують необхідну геометрію та забезпечені властивості пресованих прутків на прикладі пресування прутків із сталі 45ХН2МФа-Ш. Розроблений спосіб видавлювання фасонних профілів по схемі пресування з роздачею, при якому розміри вихідної заготовки менші за максимальний розмір перетину профілю виробу. Спосіб забезпечує зниження загальних і питомих зусиль при пресуванні та інтенсивне пропрацювання структури металу пластичною деформацією.
5. Отримав подальший розвиток розрахунковий аналіз процесів холодного видавлювання стаканів, направлений на визначення впливу конструктивних, технологічних та фізико-механічних параметрів на уточнення силових режимів деформування та розподілу питомих зусиль на інструменті, а також прогнозування та забезпечення якості виробів після видавлювання. Встановлено вплив ступеня деформації, геометрії торця пуансонів (конусної, плоскої, плоско-конусної, сферичної) на зусилля деформування, розподіл питомих зусиль на пуансонах, поверхні матриці, а також якість виробів: геометрії стінки, розмірів осередку деформації, зміцнення здеформованого металу та ступеню використання ресурсу пластичності по ширині стінок стаканів та в осередку деформації.
6. Комп’ютерним моделюванням показана можливість висаджування із сталей за один перехід виробів кріплення коротких з подвійною головкою, подовжених з однією головкою та виробу за два переходи без проміжних відпалів з прогнозованими властивостями здеформованого металу. Вперше моделюванням показана можливість визначення конструктивних і технологічних параметрів переходів висаджування болтів класу міцності 8.8, фізико-механічні властивості яких досягаються виключно за рахунок холодної пластичної деформації при формозміні на переходах висаджування. Зазначене дозволило виключити термічну обробку, яка має місце в традиційній технології.
7. Вперше, з використанням розрахунків для холодного видавлювання виробів із малопластичних сталей з прикладанням диференційованого протитиску, визначені гідростатичний тиск в осередку деформації та величина протитиску, які забезпечують деформування в холодному стані зазначених сталей без руйнування і отримання виробів при зменшених силових режимах. Встановлено вплив розмірів заготовок, геометричної форми пуансонів та чистоти робочої поверхні на питомі зусилля при видавлюванні з прикладанням диференційованого протитиску
8. Розроблено автоматизовану систему проектування процесів формозміни ХОШ пластичних і малопластичних сталей для визначення конструктивних, технологічних та фізико-механічних параметрів, яка дозволяє без проведення трудомістких експериментальних робіт удосконалювати існуючі і розробляти нові процеси ХОШ отримання виробів з прогнозованою та заданою якістю.
9. Створені нові ресурсозберігаючі процеси та оснащення для: пресування круглих профілів необхідної форми та забезпеченими фізико-механічними властивостями; пресування з роздачею високоточних профілів складної конфігурації; холодного видавлювання заготовок зубчатих коліс; холодного видавлювання фланців складної конфігурації; холодного видавлювання з протитиском заготовок карбувальних штемпелів; холодного видавлювання з протитиском заготовок порожнин штампів і прес-форм із штампових та інструментальних сталей; холодного видавлювання заготовок кулі з нержавіючої сталі.
10. Отримані наукові результати, удосконалені існуючі та створені нові процеси і оснащення для ХОШ виробів прогнозованої та забезпеченої якості підтверджені експериментальними даними, пройшли дослідно-промислову апробацію та впроваджені в виробництво. Результати по використанню МСЕ для аналізу процесів ХОШІ експериментальних досліджень, пакет програм використані в навчальному процесі на кафедрі МПМ та РП НТУУ „КПІ”