Актуальность работы
Производство составных изделий из сборных заготовок, получаемых совместным пластическим деформированием (кузнечно-прессовой сваркой), вызывает все больший интерес в машиностроении благодаря его высокой эффективности в связи с экономным расходованием дорогостоящих легированных сталей и пониженной трудоемкости процесса (например, тарельчатого клапана двигателя внутреннего сгорания, ротора турбонагревателя и др.). Однако в настоящее время получение составных изделий затруднено из-за недостаточной изученности механизмов образования неразъемного соединения исходных заготовок совместным пластическим деформированием и отсутствия практических рекомендаций по проектированию технологических процессов формообразования составных изделий.
Отсутствуют также практические рекомендации по использованию оборудования повышенной жесткости для штамповки составных изделий.
Поэтому проблема повышения эффективности сборки заготовок и формообразования составных изделий пластическим деформированием и улучшения конструкций оборудования является весьма актуальной.
Степень разработанности темы исследования
Теоретической основой для разработки темы явились научные труды известных отечественных и зарубежных ученых Тарновского И.Я., Колмогорова В.Л., Богатова А.А., Смирнова-Аляева Г.А., Овчинникова А.Г., Крука А.Т., Бэкофена В. и др. авторов.
Информация о способах получения составных изделий совместным пластическим деформированием весьма ограничена, отсутствуют практические рекомендации к разработке технологий производства составных изделий и улучшению конструкций оборудования. Не известны результаты исследований механизмов образования металлических связей и межслойного взаимодействия металлов контактных поверхностей в процессе сборки заготовок и формообразования изделий. Отсюда вытекает вывод, что процесс формообразования сборных изделий изучен далеко недостаточно и требует дальнейших исследований.
Цели и задачи работы
Целями работы являются повышение эффективности ресурсосберегающих технологий получения составных изделий пластическим деформированием на основе новых технических решений и оптимизационной системы управления технологическими процессами. Для этого необходимо решить ряд технологических задач: разработать методологию рационализации термомеханических условий получения составных изделий и систему управления оптимизацией технологических параметров процесса как основу для автоматизации проектирования технологий производства составных изделий.
Научная новизна работы:
1. Осуществлена формализация технологического процесса получения составных изделий с помощью средств математического и информационного моделирования систем.
2. Спроектирована иерархическая гибридная модель, обеспечивающая оптимизацию эффективности технологического процесса получения составных изделий на основе управления массивом варьируемых параметров, реализованная многомодульным алгоритмом.
3. Создан банк информационно-логических целевых модулей технологических процессов сборки металлических заготовок совместным пластическим деформированием и формообразования составных стержневых изделий из сборных заготовок.
4. Построена функциональная и объектно-ориентированная оптимизационная система выбора технологии получения составных стержневых изделий различной формы и степени сложности на основе использования банка целевых модулей и системного анализа.
5. Разработана методика обоснования выбора проектных решений по технологии получения составных стержневых изделий на основе оценки экономической эффективности процесса.
Теоретическая и практическая значимость:
1. Разработаны инновационные процессы формообразования составных изделий совместным пластическим деформированием на основе механизмов вязкого разрушения металлов.
2. Разработаны инновационные процессы формирования составных изделий из сборных заготовок на основе использования противодавления, глубокой зачистки контактных поверхностей и градиентного нагрева исходных заготовок с созданием замкнутой силовой схемы деформирования.
3. С использованием системного анализа процессов созданы математические экономические модели и оптимизационные системы управления параметрами сборки металлических заготовок пластическим деформированием и получения изделий практической направленности, успешно прошедшие апробацию. Полученные разработки служат основой для автоматизации проектирования процессов получения составных изделий.
4. С использованием теории планирования эксперимента получены зависимости качества сборки металлических заготовок пластическим деформированием от технологических параметров.
5. Спроектированы примерные технологические процессы штамповки составных изделий типа клапана ДВС и стержневого зубчатого колеса типа ведущая шестерня дифференциала с тонкостенной оболочкой на стержневом элементе.
6. Результаты исследований приняты к внедрению на промышленных предприятиях.
Методология и методы исследования:
1. Методология проектирования и алгоритмирования иерархических гибридных моделей получения составных изделий.
2. Методы конечно-элементного моделирования.
3. Методы теории планировании экспериментальных исследований процесса штамповки изделий.
4. Методы обработки и статистического анализа опытных данных.
На защиту выносятся следующие положения:
1. Иерархические гибридные модели процессов получения составных изделий с замкнутой силовой схемой на основе запатентованных способов глубокой зачистки контактных поверхностей, противодавления и градиентного нагрева заготовок, реализованные алгоритмами.
2. Экспериментальные зависимости качества сборки металлических заготовок пластическим деформированием от термомеханических параметров процесса.
3. Оптимизационная экономическая система выбора структуры технологии
получения составных стержневых изделий на основе разработанного банка информационно-логических целевых модулей и управления термомеханическими параметрами процесса, обеспечивающего требуемые прочность и жесткость изделия при повышенной эффективности.
4. Примерный инновационный технологический процесс получения составных стержневых изделий с тонкостенной оболочкой, реализующий результаты аналитических и экспериментальных исследований.
Степень достоверности результатов проведенных исследований обеспечивается использованием современных методов структурного анализа; согласованностью математических моделей с практическими результатами; компьютерным моделированием процессов; качеством измерений и статистической обработки результатов; практическим использованием и патентоспособностью разработанных технологий.
Апробация. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на: XVI научно-практической конференции молодых ученых «Молодежь - Барнаулу», г. Барнаул, 2014 г.; II Международной заочной научно¬практической конференции, г. Новокузнецк, 2014 г.; IV, V, VI, VII Всероссийской научно-технической конференции, г. Рубцовск, 2014 - 2017 г.г., XII, XIII, XIV Всероссийской научной-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и молодежь», г. Барнаул, 2015 - 2017 г.г.; VII Международной научно-практической конференции «Инновации в машиностроении», г. Кемерово, 2015 г.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 26 печатных работ, в том числе 6 статей в рецензируемых научных изданиях, рекомендованных ВАК, получено 3 патента РФ на изобретения.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, четырех глав, приложения, заключения и выводов, списка литературы. Работа содержит 129 страниц машинописного текста, 39 рисунков и 6 таблиц.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
