НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

"КИЇВСКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ"

УДК 621.73.016

Абиєв Адалат Гусейн-огли

ТЕХНОЛОГІЧНІ ПАРАМЕТРИ

ОСЕСИМЕТРИЧНОГО

ШТАМПУВАННЯ ОБКОЧУВАННЯМ

Спеціальність 05.03.05 - Процеси

та машини обробки тиском

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

КИЇВ – 2005

Дисертацією є рукопис.

Роботу виконано на кафедрі механіки пластичності матеріалів та ресурсозберігаючих процесів Національного технічного університету України “Київський політехнічний інститут” Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник – доктор технічних наук, доцент,

Кривда Леонід Трохимович,

професор кафедри механіки пластичності

матеріалів та ресурсозберігаючих процесів

НТУУ “КПІ”.

Офіційні опоненти: Доктор технічних наук, професор

Кривов Георгій Олексійович,

Генеральний директор Українського науково-дослідного інституту авіаційної технології;

Кандидат технічних наук,

Баглюк Геннадій Анатолійович,

провідний науковий співробітник інституту проблем матеріалознавства НАН України

Провідна установа: Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля Національної Академії Наук України, м. Київ.

Захист відбудеться 21 березня 2005 р. о 15 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д26.002.01 Національного технічного університету України “Київський політехнічний інститут”, за адресою: 03056, м. Київ, проспект Перемоги 37, корп. № 1, ауд. № 166.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Національного технічного університету України “Київський політехнічний інститут”за адресою 03056, м. Київ, проспект Перемоги 37

Автореферат розісланий 19 лютого 2005 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради,

доктор технічних наук, доцент Боронко О.О

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА ДИСЕРТАЦІЇ

А к т у а л ь н і с т ь т е м и. У структурі собівартості штампованих деталей основною складовою є матеріал. Приблизна рівність ціни металу та механічного знімання стружки приводить до того, що ефект економії основних матеріалів практично подвоюється. Сучасні ресурсозберігаючі технології базуються на методах пластичної обробки в умовах рухомого локалізованого осередку деформації. До них відноситься і штампування обкочуванням.

Локалізацією пластичного осередку за рахунок обкочуванні забезпечується 10…12 - ти кратне зниження осьового зусилля. Основна робота деформації виконується шляхом прогресивного переміщення локалізованої пластичної зони. Отже процес реалізується на обладнанні, яке за металоємністю на порядок нижче традиційного.

Крім того, зниження технологічного зусилля за рахунок обкочування має той же ефект, що і нагрівання. Це надає можливість переходу з гарячої обробки на холодну. Завдяки цьому знижуються матеріальні та енергетичні витрати, зменшуються виробничої площі.

Розробка та втілення ресурсозберігаючих технологій особливо важливе в період розвитку ринкової системи господарювання на усьому пострадянському просторі, що і визначає актуальність теми цієї роботи.

З в ’ я з о к р о б о т и з н а у к о в и м и п р о г р а м а м и , т е м а - м и, п л а н а м и. Дисертацію виконано у відповідності з комплексною темою досліджень в галузі обробки металів тиском “Ресурсозберігаючі технології та інтенсифікація процесів обробки металів тиском“ за планом досліджень Міністерства освіти і науки України та госпрозрахункової теми “Розробка теорії та методів інтенсифікації виготовлення трубчастих та порожнистих виробів із високоміцних сплавів” № д/р 0198U007460, 1999 р.

М е т а і з а д а ч і д о с л і д ж е н н я полягають у розробці методології визначення оптимальних кінематичних та енергосилових параметрів процесу штампування обкочуванням осесиметричних деталей, а також створення на цій основі ресурсозберігаючих технологій та відповідного спеціалізованого обладнання.

Поставлена мета досягається розв’язанням наступних задач.

1.

2.

3.

4.

5.

О б ’ є к т д о с л і д ж е н н я – процес осесиметричного штампування обкочуванням.

П р е д м е т д о с л і д ж е н н я – технологічні параметри процесу обкочування.

М е т о д и к а д о с л і д ж е н н я. Поставлені задачі розв’язувалися з використанням різних методів аналітичних та експериментальних досліджень.

Аналітичне дослідження розподілу контактних напружень проводилось методом сумісного рішення наближених рівнянь рівноваги та пластичності.

При дослідженні інтегральних показників процесу штампування обкочуванням використовувався метод балансу робіт з попереднім обґрунтуванням можливості його використання для нестаціонарного процесу, що розглядається.

Для визначення роботи сил тертя на контакті розглянуто плоску задачу деформування жорстко-пластичного тіла.

Експериментальна перевірка достовірності результатів аналітичних досліджень проводилася шляхом порівняння розрахункових даних з дослідними значеннями. При виконанні експериментальних досліджень використано методи електричних вимірювань неелектричних величин. Використано методику планування експерименту.

Н а у к о в а н о в и з н а о д е р ж а н и х р е з у л ь т а т і в.

1.

2.

3.

4.

П р а к т и ч н е з н а ч е н н я р о б о т и полягає в тому, що на базі результатів виконаних досліджень створено типові ресурсозберігаючі технології та відповідне спеціалізоване обладнання; розроблено прикладну комп’ютерну програму, призначену для практичного використання у виробничих умовах. Результати досліджень використано виробничими організаціями, а саме: ВАТ “Електроконденсатор” (м. Біла Церква) - дослідження штампування деталей з тонким фланцем, технологія; з-д Генератор, СКБ “Спектр”, ПО Комуніст (м. Київ) – результати досліджень, ресурсозберігаючі технології, спеціалізоване обладнання БШО 280/30.

О с о б и с т и й в н е с о к з д о б у в а ч а. Основні теоретичні положення дисертації розроблені здобувачем із використанням концепції комплексного аналізу технологічних параметрів процесу штампування обкочуванням, запропонованої у роботах наукового керівника – доктора технічних наук, доцента Л.Т. Кривди. Особисто здобувачеві належить дослідження розподілу контактних напружень з урахуванням змін виду напружено-деформованого стану вздовж радіуса заготовки та наявності зони прилипання. Здобувачем розроблено новий метод визначення роботи сил контактного тертя, а отже і інтегральних параметрів процесу деформування. Розроблено прикладні комп’ютерні програми та ресурсозберігаючі технології.

А п р о б а ц і я р о б о т и. Матеріали дисертації доповідалися і обговорювалися на щорічних науково-технічних конференціях професорсько-викладацького складу НТУУ “КПІ” (1997 - 2004 р. р.); на Міжнародній науково-технічній конференції “Прогресивна техніка i технологія машинобуду-вання, приладобудування i зварювального виробництва” (м. Киев, 1998 р.).

П у б л і к а ц і ї. За результатами виконаних робіт опубліковано 6 наукових статей, з яких п’ять у співавторстві. Матеріали дисертації не містять ідей та розробок, що належать співавторам, з якими були написані роботи.

С т р у к т у р а та о б с я г д и с е р т а ц і ї. Робота містить вступ, п’ять розділів, висновки та додатки. Повний об’єм (без додатків) становить 168 сторінок. Крім основного тексту дисертація містить 46 рисунків (16,5 сторінок), 7 таблиць (2,7 сторінок), та список літературних джерел з 107 найменувань (10 сторінок).

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі до дисертації висвітлюється актуальність теми, що вивчається, сформульовану мету роботи та шляхи її досягнення, наукову новизну, практичне значення та інші загальні характеристики роботи.

П е р ш и й р о з д і л присвячено критичному аналізу теорії і практики штампування обкочуванням як нового технологічного способу обробки металів тиском, можливості якого на сьогодні ще не достатньо опановані.

Сучасна технологія штампування обкочуванням є результатом внеску українських дослідників Л.Т. Кривди, О.С. Пшенишнюка, С.П. Гожія, російських вчених С.-Петербуржскої, Іжевської та ін. шкіл в особі О.М. Сілічева, К.М. Богоявленського, В.В. Лапіна, М.А. Корякіна, О.П. Агєєва, Р.О. Бабушкіна, В.Ф. Степанова, В.Д.Ковальова, В.В. Наговіцина, З. Марциняка (Польща), P.M. Standring, Е.Appleton, R.A. Slater, W. Jonson, J.B. Hawkyard (Англия), K. Kubo, Y.Hirai, M.Kobayashi, T. Nakane (Японія) та ін.

Процес штампування обкочуванням характеризується рядом геометричних, кінематичних, силових та енергетичних параметрів. Аналіз опублікованих праць показує, що більшість авторів досліджує вплив на інтегральні показники процесу кожного з параметрів ізольовано. Це пояснюється нечітким формулюванням фізичної сторони процесу обкочування і відсутністю його математичного описання.

Заслуговують на увагу роботи Кривди Л.Т., які базується на аналізі геометрії миттєвого контактного осередку, сформованого активним конічним інструментом, що рухається по гвинту з параметром P. Тоді цикловій обтиск дається формулою S = 2P, а рух проекції довільної точки поверхні інструмента на площину перпендикулярну осі заготовки описується круговими векторними функціями.

Виходячи з цих посилань, введено в обіг узагальнений параметр обробки П, який однозначно описує умови осесиметричного обкочування. З урахуванням введеного параметра розв’язано задачу про розподіл контактних напружень. Використано метод сумісного рішення умов рівноваги та пластичності. Крайові ефекти та наявність зони прилипання не враховувалися.

Деякі дослідників при визначенні інтегральних показників процесу штампування обкочуванням користувалися енергетичним методом. За цих умов достовірність результатів залежить від коректності врахування складових енергетичного балансу. Найбільшими протиріччями відзначаються задачі визначення роботи сил тертя на контакті.

Результати аналізу публікацій, пов’язаних з дослідженням технологічних параметрів процесу штампування обкочуванням, послугували основою для постановки мети та визначення задач цієї дисертації.

У д р у г о м у р о з д і л і викладені результати аналітичного дослідження закономірностей розподілу питомих зусиль на контакті, що являє собою вихідне питання щодо визначення інтегральних параметрів процесу штампування обкочуванням. Для розв’язання цієї задачі використано метод сумісного рішення умов рівноваги та пластичності у формі, одержаній Л.Т. Кривда. Відмінна особливість досліджень, що розглядаються в дисертації, полягає у врахуванні крайових ефектів біля вільної границі заготовки та в районі центральної западини, а також у введенні в розгляд зони прилипання.

В дисертації аналізується залежність характеру течії металу з приконтактної зони в залежності від показника - відношення площі проекції торця заготовки до площі проекції плями контакту (рис. 1). Стрілками показано переважний напрямок витікання матеріалу з локалізованого осередку. Зі збільшенням пляма звужується, і за оптимальних режимів обкочування (=12,6) вплив зони прилипання стає досить істотним.

Рішення системи рівнянь рівноваги та пластичності приводиться до рівняння в диференціалах вздовж полярної системи координат (, ), яке після інтегрування приймає вигляд

. (1)

Граничні умови визначається напруженнями підпору , де умова пластичності . Якщо позначити , та то постійна інтегрування

, (2)

де h0 - товщина заготовки в точці контуру, а

. (3)

У загальному випадку, при мінімальній відстані між інструментами Н

, (4)

Дуга контакту на радіусі в точці * ділиться на дві дільниці – випередження та відставання. На кожній дільниці, в залежності від характеру умов тертя на контакті, можна виділити три зони: ковзання (), гальмування () та прилипання (). Скориставшись переліченими умовами, з (1) з урахуванням (3) можна одержати вирази для розподілу питомих контактних зусиль у кожній зоні обох дільниць.

Рис. 1. Схеми плину металу з локалізованого пластичного осередку.

Для зон ковзання:

; (5)

. (6)

Величини визначаються за формулами (3) і (4) заміною в них або 0 на 01 або 02, де 01 та 02 - кутові координати точок перетину поточним радіусом переднього чи заднього фронту контактного контуру.

Зони ковзання переходять в зони гальмування. Тоді

,

.

Для зон гальмування:

; (7)

. (8)

Перехід до зони прилипання має місце в точках та ,

; ,

де 01 та 02 - кутові координати точок перетину контуру радіусом .

У зоні прилипання дотичні напруження визначаються формулою

.

Тоді у зонах прилипання

; (9)

. (10)

Напруження підпору вздовж контуру контактної плями визначається за формулами, запропонованими в роботах Л.Т. Кривди.

Узагальнена епюра розподілу контактного тиску на фіксованому радіусі в серединній (вздовж ) частині плями показана на рис. 2.

Коректність розрахунків контактного тиску за виразами (5) - (10) порушується на підході до вільного краю локальної контактної плями, обмеженої зовнішнім радіусом заготовки R. Це пов’язано зі зміною напруженого стану, викликаного зміною тангенціальної течії металу на радіальну.

Для описання фізичної моделі процесу для цієї зони контакту скористуємося деякою ідеалізацією, замінивши реальну контактну пляму рівновеликим сектором АОВ з центральним кутом . Виділимо на бісектрисі цього кута точку О1 так, щоб а = R - ОО1 дорівнювало половині дуги АВ. Зв’яжемо з утвореним криволінійним трикутником АО1В систему координат XО1Y. Тоді в межах трикутника АО1В і, як наслідок, , , . Отже задача зводиться до задачі про осадження смуги конечної довжини і рівняння рівноваги записується у вигляді

.

Приймаючи , маємо

.

Рис. 2. Узагальнена епюра розподілу тиску на контакті.

Розподіл тиску у зоні, що розглядається, визначається наступним чином. За (6) - (11) у точці О1 знаходиться , а далі обмежується

.

На фіксованому радіусі нормальні контактні напруження будуть лінійно залежати від координати і визначатися виразом

(11)

Особливістю формування контактної плями у центральній зоні заготовки є наявність западини радіусом r, викликаної дією позаконтактних напружень розтягування. Внаслідок цього контакт матеріалу з активним інструментом порушується на деякому радіусі *. Сумісним рішенням рівнянь поверхонь інструмента та западини встановлено

.

Питомі зусилля на проміжку знаходяться з виразів (5) - (10). Але загалом на цьому проміжку мають місце лише зони прилипання.

Все викладене свідчить про надзвичайному громіздкість задачі, що є результатом уточненого аналізу розподілу контактних напружень в межах різних схем плину металу та зміни умов тертя на контакті.

Для обчислення контактних напружень розроблена комплексна прикладна програма ABIEV.BAS Вихідними даними є: поточний радіус заготовки R; параметр обробки П; поточна висота заготовки h; коефіцієнт контактного тертя ; кут ; фактичний опір деформуванню з урахуванням деформаційного зміцнення на момент розрахункуf.. Тіло програми ABIEV.BAS містить чотири функціональних блоків. В першому визначаються координати точок контуру локалізованої приконтактної зони та параметр , у другому розраховуються параметри а, b, m, які однозначно визначають побудову полів ковзання за умови (см. рис. 1), у третьому, основному, досліджується розподіл питомих зусиль на контакті, у четвертому обчислюються інтегральні параметри процесу обкочування даного виробу.

На рис.3 представлений остов поверхні розподілу нормальних контактних напружень, побудований за результатами розрахунків. Напруження дані у відносних одиницях (p / f), а радіус в мм.

Загальна форма поверхні по своєму вигляду повністю відповідає експериментальним даним (як і опублікованим другими дослідниками). Напруження зростають від фронтів контактного контуру, а у радіальному напрямку спочатку зростають від периферії заготовки до максимуму, розташованому в межах (0,7…0,5)R від осі заготовки, а потім досить різко падають до 0 .

В залежності від параметрів штампування форма поверхні потерпає певних змін. З підвищенням значення показника величина максимального тиску, як і усередненого по плямі контакту, дещо знижується. Максимальний тиск змінюється більш інтенсивно. Результати розрахунків свідчать про те, що зони ковзання зі зменшенням швидко звужуються, а потім зникають взагалі. З наближенням до * зникають і зони гальмування. Остаються лише зони прилипання. Така картина є наслідком впливу областей за межами контакту, які створюють значні підпираючи напруження на границі локалізованого осередку пластичної деформації.

Викладений в розділі матеріал є основою для визначення усіх інтегральних параметрів, які характеризують процес в цілому.

У т р е т ь о м у р а з д і л і розглядаються методи визначення таких технологічних параметрів процесу штампування обкочуванням, які по своїй суті є інтегральними, а саме: зусилля осьового навантаження, момент на водилі активного інструмента, середній тиск на контакті, приведене плече момента, циклові роботи та потужності приводів осьового навантаження та осцилятора.

Рис. 3. Розрахункова епюра розподілу тиску на контактній поверхні.

Зусилля осьового навантаження в циліндричній системі координат , Z, представляється виразом

, (12)

де - питоме зусилля в точці на контактній поверхні.

Позначимо множник в квадратних дужках виразу (12) через q(). Тоді на фіксованому радіусі в загальному випадку, при наявності трьох зон стосовно дотичних напружень на контакті, нормальні зі зміною від 01 до 02 визначаються за відповідними виразами, які приведені в попередньому розділі. В такому випадку

(13)

Формула (13) в програмі ABIEV.BAS оброблюється циклічно для ряду фіксованих значень . У підсумку одержимо упоряджену множину значень q() і тоді повне зусилля осьового навантаження знаходиться за формулою

. (14)

Момент на активному інструменті, викликаний ексцентричним прикладанням зусилля осьового навантаження, знаходиться за формулою

, (15)

Момент на пресувачі в програмі ABIEV.BAS обчислюється за методом Сімпсона за функцією , заданою у вигляді таблиці.

Плече момента знаходиться з (14) та (15) у безрозмірній інтерпретації

. (16)

Момент на осциляторі знаходиться за формулою

, (17)

виходячи з того, що циклова робота момента М* становить і дорівнює роботі крутного момента приводу осцилятора за один оберт.

Циклова робота осьового навантаження визначається через цикловий обтиск S формулою

,

Потужність привода осьового навантаження, з урахуванням його повного к. п. д. при тривалості циклу tц та швидкості зближення інструментів u

, (18)

Потужність привода осцилятора, к.к.д. якого , знаходиться за формулою

=, (19)

Для інженерної практики являє інтерес співвідношення потужностей приводів навантажувача та осцилятора. Скориставшись залежністю

,

знаходимо співвідношення потужностей через параметр обробки П

. (20)

Оптимальний параметр обробки визначається формулою

.

Між тім, при оптимальному значенні П безрозмірний радіус r = 0,5…0,6, і тоді

.

Якщо врахувати, що , то для орієнтовних розрахунків можна прийняти

. (21)

Рішення щодо визначення інтегральних параметрів процесу обкочування у замкненому вигляді можуть бути одержані енергетичним методом дослідження. В умовах задачі, що розглядається, використано принцип розділення робіт. Циклову роботу зовнішніх сил прирівнюємо сумі енергій осьового деформування АОС та обкочування АОБ

АО= АОС + АОБ = АД + АТ + АВЗ , (22)

де АД , АТ , АВЗ - циклові витрати енергії на пластичну деформацію, подолання сил поверхневого тертя, пов’язані з впливом зовнішніх зон.

Циклова робота деформації за межі текучості та інтенсивності деформації дається формулою

, (23)

При обкочуванні циліндричних заготовок осі деформацій співпадають з координатними осями, і інтенсивність деформацій виражається формулою

. (24)

Нехтуючи знаком “”, що означає стискування, знаходимо з (23) та (24),

. (25)

В межах позаконтактної пластичної деформації (рис. 1) енергія на подолання сил тертя не витрачається. Дотичні напруження на контакті можна прийняти постійними . В циліндричній системі координат Z проекції сил, що діють на виділеній елементарній поверхні dF, позначимо Р,, Р,, Рz, а відповідні переміщення - U, U, Uz. Тоді робота сил контактного тертя

(26)

Відносні переміщення даються формулами

За умови постійності об’єму

Крім того, приймаючи до уваги Р,= РZ = 0, Р,=к , маємо з (26)

(27)

Елементарна площа робочої поверхні активного інструменту

Формула спрощується, якщо прийняти до уваги, що друга складова під коренем на два порядки менша за 1, оскільки 0,0175 0,0698. Тоді dF = dd.

Введемо в розгляд відносну площу циклового контакту С = FK / R2 у вигляді пропорційного множника. Переписавши (27) з врахуванням С , одержимо

після інтегрування

(28)

Для визначення FK скористаємося рівняннями огинаючих жорстких зон (рис. 1), які є логарифмічними спіралями. Після деяких допустимих спрощень одержимо

.

З урахуванням останнього знаходимо з (29)

(29)

Для визначення витрат енергії на подолання впливу позаконтактних зон кожний з фронтів контуру локалізованого контактного осередку в залежності від характеру розподілу напружень підпору O розбиваємо на три дільниці. Приймаємо, що на першій дільниці, що визначається умовою , розподіл напружень лінійно змінюється від 0 до Oа. Оскільки

,

то напруження підпору в межах даються виразом

.

Для другої дільниці напруження O знаходяться за формулою

.

На третій дільниці (, причому та , де та m –параметри побудови (рис. 1) напруження O даються виразом

.

Елементарний момент відносно миттєвої осі швидкостей недеформованих зон за межами контакту (точка С побудови рис. 1) . Після інтегрування маємо

,

де , а величина .

За умови, що значення близьке до оптимального, тоді

; ;

і циклові витрати енергії на подолання впливу позаконтактних зон

. (30)

Оскільки АОС =АО/ та, в свою чергу, , то з урахуванням (22), (25), (29), (30) середнє питоме зусилля знаходимо у вигляді

. (31)

Тоді зусилля осьового навантаження

. (32)

Момент осцилятора визначається за цикловими витратами енергії на саме обкочування. Оскільки , а плече момента відносно вершини активного інструмента в площині його оси визначається радіусом = 0,6R., то

. (33)

Оскільки робота виконується за один оберт ( = 2) водила, то крутний момент на приводі осцилятора з (33)

. (34)

Потужність приводу осьового навантаження, позначивши його к.к.д ОС

. (35)

Потужність приводу осцилятора, позначивши його к.п.д. ОБ.,

(36)

Розглядаючи співвідношення (36) та (35) з урахуванням , маємо

, (37)

що лише на 4,7% відрізняється від (21).

У ч е т в е р т о м у р о з д і л і розглядається методика експериментальних досліджень та їх результати. Дослідження проводилися на спеціальній установці на базі стандартного гідравлічного пресу моделі Д2428.

Осьове навантаження здійснювалось головним циліндром базового пресу. Швидкість робочого ходу регулюється від 0 до 5 мм/с..

Приводом осцилятора є двигун постійного струму потужністю 16 квт. Діапазон регулювання швидкості - 0…105 рад/с.

Всі параметри процесу обкочування визначалися шляхом електричних вимірювань неелектричних величин.

На рис. 4 показано блок для вимірювання контактного тиску у 12 точках.

Похибки визначення параметрів знаходилися як геометрична сума похибок окремих елементів або приладів структури системи вимірювання. Розбіжність результатів досліджень не перевищує 10%.

Рис. 4. Блок для вимірювання контактного тиску.

П ’ я т и й р о з д і л присвячений реалізації результатів виконаних досліджень шляхом розробки ресурсозберігаючих технологій, що базуються на особливих ефектах, які є наслідком пластичної обробки обкочуванням.

Найбільш суттєвими перевагами є можливість переходу з гарячої обробки на холодну, одержання осесиметричних деталей з великим перепадом по товщині, а також можливість формування функціонально завершених поверхонь.

Названі можливості враховано при реалізації технологій одержання деталей вакуумних дугогасильних камер високовольтної комутаційної апаратури та потужних напівпровідникових приладів таблеткового виконання (рис. 5).

Рис. 5. Деталі потужного діода.

На особливу увагу заслуговує технологія (що не має аналогів) виробництва набірних ребристих труб теплообмінників. Основне їх призначення – прилади побутового та виробничого обігріву. Фрагмент труби показано на рис. 6.

Рис. 6. Набірна труба теплообмінника.

Усі технології реалізовано на спеціально розробленій установці (рис. 7).

У розділі приведені аналітичні дослідження технологічних параметрів штампування обкочуванням надтонких фланців. Результати виконаних досліджень використано при розробці відповідних технологій.

Рис.7. Установка для точного штампування обкочуванням.

ВИСНОВКИ ПО ДИСЕРТАЦІЇ

1. Робота є результатом комплексного аналітичного дослідження технологічних параметрів процесу деформування в умовах локалізованого осередку пластичності, що регулярно переміщується, стосовно осесиметричних деталей. За розробленою методикою виконано експериментальні дослідження, результати яких добре співпадають з розрахунковими даними, що свідчить про коректність аналітичних викладок, обґрунтованості прийнятих припущень та методів розв’язання сформульованих задач..

2. Показано, що штампування обкочуванням є особливим методом локального деформування, який забезпечує підвищену точність виробів та технологічну можливість одержувати деталі, котрі не можна виготувати в промислових масштабах другими методами, у том числі й локальними. Економічний ефект є результатом підвищення коефіцієнта використання матеріалів, зниження енергетичних та трудовитрат, зниження рівня браку.

Виробництво елементів набірних теплообмінників за розробленою технологією штампування обкочуванням наближається до безвідходного.

3. Аналітичні та експериментальні дослідження розподілу питомих зусиль на контакті, виконані на основі запропонованої фізичної моделі процесу, дозволяють оцінити роль крайових ефектів. Показано, що ці ефекти викликані зміною схеми дії підпираючи напружень біля краю заготовки та у її центральній зоні. Показано, що під дією напружень підпору різко звужується протяжність зон ковзання, і з наближенням до центру торця заготовки вони взагалі вироджуються. У зв’язку з цим у розподілі контактних напружень зростає роль зони прилипання. На деяких ділянках контактної плями інші зони взагалі відсутні.

4. В роботі показано, що максимальні контактні напруження при деформуванні обкочуванням значно нижчі, ніж при осаджуванні плоскими плитами. До того ж, якщо при традиційному осаджуванні нерухомий пик напружень знаходиться на осі заготовки, то при обкочуванні цей пик переміщується як по колу, так і у радіальному напрямку. Рухомість напруженої зони сприяє підвищенню стійкості інструментального оснащення.

5. Штампуванню обкочуванням притаманні кілька позитивних ефектів, котрі визначають можливість переводу деяких технологічних процесів з гарячої на холодну або теплу обробку. Такими ефектами є: зниження у разів зусилля осьового навантаження, зниження максимальних контактних напружень та порівняно висока точність обробки. Суть у тому, що за рахунок нагріву заготовки до температури кування, опір деформуванню понижається на стільки ж, як і за рахунок обкочування. Але холодним деформуванням можна одержати деталі з мінімальними припусками на наступну механічну обробку. Ця обставина виділяє штампування обкочуванням серед інших локальних методів деформування, забезпечуючи йому особливе місце серед перспективних методів пластичної обробки.

6. З підвищенням знижується висота загальмованих зон. За рахунок цього можливе деформування до упору з вибігом осцилятора при спадаючому зусиллі осьового навантаження. Саме ця обставина забезпечує високу точність по товщині тонкого фланця, що обкочується.

7. З урахуванням перелічених переваг та особливостей процесу розроблено спеціалізовану установка для штампування обкочуванням. Вона виконана у вигляді приставки до стандартного гідравлічного пресу і призначена для виготовлення деталей з надтонкими фланцями. Особливостями конструкції є наявність упорів підвищеної жорсткості та наявність притискувала та виштовхувача з боку активного інструмента. У створеній установці використано спеціально розроблені вузли кріплення інструментів, які виключають можливість їх обертання внаслідок пружних хвильових процесів.

8. Оскільки основні рішення одержані у вигляді функціональних залежностей, то вдалося отримати деякі безрозмірні показники, зокрема співвідношення потужностей приводів механізму зближення інструментів та осцилятора. Подібним параметром оцінюється співвідношення циклових витрат енергії кожним з приводів. Якщо урахувати висновок про наближену рівність середніх контактних тисків як при обкочуванні так і без нього, то показник визначається кратністю зниження осьового зусилля за рахунок обкочування. Цей момент, у сукупності з даними про співвідношення енергетичних параметрів порівнюваних процесів, значно спрощує обчислення технічних характеристик обладнання, що проектується.

9. Розроблено комп’ютерну програму ABIEV.BAS. Програма забезпечує обчислення геометричних характеристик локалізованої плями контакту, показників побудови полів позаконтактної деформації, параметра обробки та показника , напружень підпору вздовж контуру локалізованої плями, питомих зусиль на контактній поверхні, усередненого питомого зусилля, зусилля осьового навантаження, момента на осциляторі, приведеного плеча момента, потужності навантажувача та осцилятора.

ПУБЛІКАЦІЇ

1. Абыев А. Г., Определение работы контактного трения при штамповке обкатыванием //Вестник НТУУ “КПИ”: “Машиностроение”. - №32. - 1997. - с. 239 -244.

2. Кривда Л.Т., Абыев А.Г. Оптимальные режимы штамповки обкатыванием осесимметричных деталей.// “Прогресивна техніка технологя машинобуд., приладобуд. зварювальн. в-ва.” (Прац Мжнародно науково-технчно конференц, т. 11). - Кив, 1998. - с. 360 - 365.

Здобувачем сформульовано критерій оптимізації параметра обробки.

3. Кривда Л.Т., Гожий С.П., Абыев А.Г. Контактные напряжения при штамповке обкатыванием //Вестник НТУУ “КПИ”: “Машиностроение”. - №33. - 1998. - с. 317 -326.

Здобувачем запропоновано методику врахування впливу напружень підпору на контурі локалізованого осередку.

4. А.Г. Абиєв, інж., С.П. Гожій, к.т.н., доц., Л.Т. Кривда, д.т.н., проф. Штампування обкочуванням кільцевих деталей. // ВІСНИК ЖІТІ. – 4 (23). – 2002. – C. 54 – 57.

В роботі реалізовано пропозицію здобувача щодо визначення показника відносного контакту та наведено результати виконаних ним експериментів.

5. Кривда Л.Т., Гожій С.П., Абиєв А.Г. Вплив обкочування на середнє питоме зусилля при осаджуванні // Вісник НТУУ: “Машинобудування”. - № 38. - 2003. – С. 256-251.

В роботі використано порівняльні показники ефективності обкочуванням, доцільність використання яких обґрунтована здобувачем.

6. Кривда Л.Т., Гожій С.П., Абиєв А.Г. Маловідходне штампування обкочуванням деталей з фланцем. //Технологические системы. - № 5(16). – 2002.- С. 24 – 26.

Здобувачем запропоновано типову технологію штампування обкочуванням фланцевих деталей с коротким стержнем.

АНОТАЦІЇ

Абиєв Адалат Гусейн-огли. Технологічні параметри осесиметричного штампування обкочуванням. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.03.05 – процеси та машини обробки тиском. –Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”, Київ, 2004.

Дисертація присвячена аналітичному та експериментальному дослідженню технологічних параметрів штампування обкочуванням осесиметричних деталей, розробці на цій основі ресурсозберігаючих технологій та обладнання, що реалізують переваги цього методу обробки металів тиском. Всебічно досліджено розподіл контактних напружень. На плямі контакту розглядається три зони, що відрізняються видом напружено-деформованого стану. В межах основної зони тангенціального плину розглядаються три дільниці в залежності від характеру дії контактних дотичних напружень. Одержані рішення для визначення всіх технологічних параметрів процесу штампування обкочуванням. Розроблено ресурсозберігаючі технології виробництва дискових, кільцевих деталей, виробів з надтонким фланцем. Розроблено комплексне програмне забезпечення для комп’ютерного обчислення технологічних параметрів.

Ключові слова: штампування обкочуванням, локалізований осередок, контактні напруження, осцилятор, спеціалізоване обладнання, ресурсозберігаючі технології.

Abyev Аdalat Gusane-оgly. Technological parameters of Die-rocking punching details with an axis of symmetry. - Manuscript.

Thesis for Cand.Tech.Sci. degree 05.03.05 - processes and machines of processing by pressure. The National technical university of Ukraine "Kiev Polytechnic Institute", Kiev, 2004.

The dissertation is devoted analytical and to an experimental research of technological parameters of Die-rocking punching details symmetric concerning an axis, development on this basis of Resource Saving Technologies and the equipment, realizing advantages of this method of processing of metals by pressure, or only to him inherent positive qualities.

Distribution of contact pressure is comprehensively investigated. On a stain of contact three zones distinguished by a kind is intense - deformed of a condition are considered. Within the limits of the basic zone of tangential current of metal three sites are considered depending on character of action of contact tangents of pressure. The received decisions for definition of all technological parameters Die-rocking process. "Know-how" of disk, ring details, products with a super thin flange is developed. The complex software for computer calculation of technological parameters is created.

Key words: Die-rocking process, localized work zone, contact pressure, stress, strain, oscillator, Resource Saving Technologies.

Абыев Адалат Гусейн-оглы. Технологические параметры осесимметричной штамповки обкатыванием. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.03.05 – процессы и машины обработки давлением . –Национальный технический университет Украины “Киевский политехнический институт”, Киев, 2004.

Диссертация посвящена аналитическому и экспериментальному исследованию технологических параметров штамповки обкатыванием осесимметричных деталей, разработке на этой основе ресурсосберегающих технологий и оборудования, реализующих преимущества этого метода обработки металлов давлением, или только ему присущие позитивные качества.

Проанализированы возможные механизмы истечения металла из приконтактной области локализованного пластического очага в зависимости от инверсной относительной площади контакта, что позволило сформулировать условие оптимальности режима обкатывания. Показано, что при таких режимах в области пятна контакта следует выделять три зоны, отличающиеся видом напряженно-деформированного состояния, при этом преимущественным направлением истечения металла является тангенциальное. Это возможно только при плоском изгибе внеконтактной зоны. Задача рассматривается в плоской жесткопластической постановке. Напряжения по контуру локализованного очага, вызывающие изгиб, при анализе распределения контактных напряжений рассматриваются как напряжения подпора.

Исследовано распределение контактных напряжений. Получены решения для трех областей – основной, где материал истекает тангенциально; у свободной границы заготовки, где истечение преимущественно радиальное; в зоне центральной утяжины, образующейся вследствие наличия растянутой зоны, вызванной изгибом. В пределах основной области анализируются по три участка действия контактных касательных напряжений, как для зоны опережения, так и отставания. У свободной границы заготовки касательные напряжения принимаются максимальными.

Интегральные параметры процесса находятся интегрированием уравнений распределения контактных напряжений. С этой целью разработана комплексная компьютерная программа.

С целью получения замкнутых решений определение интегральных параметров производилось и энергетическим методом. Использовался принцип разделения работ. Детально исследованы вопросы, связанные с определением работы контактного трения и цикловые энергетические на преодоление влияния внеконтактных зон. Результаты расчетов по обоим методам исследования хорошо согласуются и подтверждаются экспериментально.

Экспериментальные исследования проводились на специальной установке с регулируемыми параметрами. Исследовалось распределение напряжений на контакте с одновременной осциллографической фиксацией всех кинематических силовых и энергетических параметров. Эксперименты планировались.

Показана возможность промышленного производства некоторых изделий, которые не могут быть получены другими методами. К таким изделиям относятся детали со сверхтонким фланцем.

Для практического использования результатов выполненных исследований, представляемых громоздкими выражениями с постоянно изменяющимися исходными параметрами, разработана прикладная компьютерная программа.

Ключевые слова: штамповка обкатыванием, локализованный очаг, контактные напряжения, осциллятор, ресурсосберегающие технологии, специализированное оборудование