СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЯ ЗАКРЫТОЙ ШТАМПОВКИ СТЕРЖНЕВЫХ ИЗДЕЛИЙ С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА
|
Актуальность темы.
Горячая объемная штамповка (ГОШ) занимает важное место в технологических циклах машиностроительных предприятий, и от эффективности этого процесса во многом зависят технико-экономические показатели всего производства.
Получение качественной поковки является первостепенной задачей современного проектирования процессов ГОШ.
Этой задаче в большей степени отвечают закрытая штамповка, штамповка выдавливанием и другие малоотходные и безотходные технологии, среди которых важное место занимает высадка в закрытых штампах. Использование высадки ограничивается условием продольной устойчивости заготовки, которое вынуждает осуществлять предварительные наборные переходы металла, что ведет к ухудшению качества изделий и повышению трудоемкости процесса.
Поэтому разработка и внедрение в производство новых способов высадки, позволяющих получать высококачественные стержневые изделия в один переход при сверхдопустимой по условию продольной устойчивости длине высадки является актуальной задачей.
Цель работы.
Целью настоящей работы является повышение эффективности изготовления и качества стержневых изделий с утолщением, требующим относительной длины высадки, превышающей допустимую по условию продольной устойчивости заготовки, на основе разработки комплекса термомеханических и технологических решений, обеспечивающих рациональные условия деформирования при горячей объемной штамповке.
Автор защищает:
- математические модели рационализации термомеханических параметров процесса горячей штамповки стержневых поковок из длинномерных заготовок;
- математическую модель реализации условий монотонного заполнения полости штампа;
- технологические процессы, реализующие результаты исследований и изобретений, защищенных патентами.
Научная новизна. Построена оптимизационная математическая модель однопереходной горячей штамповки стержневых изделий с утолщением из длинномерных заготовок при сверхдопустимой по условию продольной устойчивости относительной длине высадки; разработана комплексная методика реализации процесса штамповки, обеспечивающая приближение условий монотонности заполнения полости штампа, создание благоприятной волокнистой структуры металла поковки и минимизацию энергоресурсов.
Практическая ценность. Спроектированы технологии однопереходной штамповки типовых стержневых поковок из длинномерных заготовок при относительной длине высадки, вдвое превышающей допустимую по условию продольной устойчивости; разработана математическая модель процесса высадки, представленная многомодульным алгоритмом оптимизации термомеханических параметров штамповки, который реализован компьютерной программой; предложены практические рекомендации по выбору теплофизических и технологических параметров штамповки стержневых изделий с утолщением, обеспечивающие условия монотонности процесса заполнения полости штампа и снижение энергоемкости получения изделий. Разработаны новые конструкции штампов для закрытой штамповки высадкой, внедренные на промышленных предприятиях.
Реализация работы в промышленности. Результаты работы использованы при разработке технологических процессов и проектировании штамповой оснастки в ООО «АЗПИ» г. Барнаул и ОАО «Барнаульский кузнечно-прессовый завод», ОАО «Алтайвагон», а также в учебном процессе ФГБОУ «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова». Экономический эффект от внедрения результатов исследований составляет 4,2 млн. рублей в год.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на:
IV, V, VI, VII, VIII Всероссийских научно-технических конференциях Наука и Молодежь в 2007-2012 г. г. Барнаул.
XI Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых 23-24 апреля 2009 г., г. Рубцовск, 2009 г.
II Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых 20 ноября 2011 г., г. Рубцовск, 2011 г.
9-ой, 10-ой Всероссийских научно-практических конференциях «Проблемы повышения эффективности металлообработки в промышленности на современном этапе», г. Новосибирск 2011-2012.
Публикации. По теме диссертации опубликованы 34 печатные работы, в том числе 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК, получено 4 патента на изобретения и 1 авторское свидетельство на программу для ЭВМ по оптимизации термомеханических параметров штамповки стержневых поковок из длинномерных заготовок.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и выводов, списка литературы и семи приложений. Работа содержит 136 страниц машинописного текста, 46 рисунков и 8 таблиц.
Горячая объемная штамповка (ГОШ) занимает важное место в технологических циклах машиностроительных предприятий, и от эффективности этого процесса во многом зависят технико-экономические показатели всего производства.
Получение качественной поковки является первостепенной задачей современного проектирования процессов ГОШ.
Этой задаче в большей степени отвечают закрытая штамповка, штамповка выдавливанием и другие малоотходные и безотходные технологии, среди которых важное место занимает высадка в закрытых штампах. Использование высадки ограничивается условием продольной устойчивости заготовки, которое вынуждает осуществлять предварительные наборные переходы металла, что ведет к ухудшению качества изделий и повышению трудоемкости процесса.
Поэтому разработка и внедрение в производство новых способов высадки, позволяющих получать высококачественные стержневые изделия в один переход при сверхдопустимой по условию продольной устойчивости длине высадки является актуальной задачей.
Цель работы.
Целью настоящей работы является повышение эффективности изготовления и качества стержневых изделий с утолщением, требующим относительной длины высадки, превышающей допустимую по условию продольной устойчивости заготовки, на основе разработки комплекса термомеханических и технологических решений, обеспечивающих рациональные условия деформирования при горячей объемной штамповке.
Автор защищает:
- математические модели рационализации термомеханических параметров процесса горячей штамповки стержневых поковок из длинномерных заготовок;
- математическую модель реализации условий монотонного заполнения полости штампа;
- технологические процессы, реализующие результаты исследований и изобретений, защищенных патентами.
Научная новизна. Построена оптимизационная математическая модель однопереходной горячей штамповки стержневых изделий с утолщением из длинномерных заготовок при сверхдопустимой по условию продольной устойчивости относительной длине высадки; разработана комплексная методика реализации процесса штамповки, обеспечивающая приближение условий монотонности заполнения полости штампа, создание благоприятной волокнистой структуры металла поковки и минимизацию энергоресурсов.
Практическая ценность. Спроектированы технологии однопереходной штамповки типовых стержневых поковок из длинномерных заготовок при относительной длине высадки, вдвое превышающей допустимую по условию продольной устойчивости; разработана математическая модель процесса высадки, представленная многомодульным алгоритмом оптимизации термомеханических параметров штамповки, который реализован компьютерной программой; предложены практические рекомендации по выбору теплофизических и технологических параметров штамповки стержневых изделий с утолщением, обеспечивающие условия монотонности процесса заполнения полости штампа и снижение энергоемкости получения изделий. Разработаны новые конструкции штампов для закрытой штамповки высадкой, внедренные на промышленных предприятиях.
Реализация работы в промышленности. Результаты работы использованы при разработке технологических процессов и проектировании штамповой оснастки в ООО «АЗПИ» г. Барнаул и ОАО «Барнаульский кузнечно-прессовый завод», ОАО «Алтайвагон», а также в учебном процессе ФГБОУ «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова». Экономический эффект от внедрения результатов исследований составляет 4,2 млн. рублей в год.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на:
IV, V, VI, VII, VIII Всероссийских научно-технических конференциях Наука и Молодежь в 2007-2012 г. г. Барнаул.
XI Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых 23-24 апреля 2009 г., г. Рубцовск, 2009 г.
II Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых 20 ноября 2011 г., г. Рубцовск, 2011 г.
9-ой, 10-ой Всероссийских научно-практических конференциях «Проблемы повышения эффективности металлообработки в промышленности на современном этапе», г. Новосибирск 2011-2012.
Публикации. По теме диссертации опубликованы 34 печатные работы, в том числе 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК, получено 4 патента на изобретения и 1 авторское свидетельство на программу для ЭВМ по оптимизации термомеханических параметров штамповки стержневых поковок из длинномерных заготовок.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и выводов, списка литературы и семи приложений. Работа содержит 136 страниц машинописного текста, 46 рисунков и 8 таблиц.
В ходе достижения основной цели диссертации - разработки эффективной однопереходной технологии изготовления стержневых изделий с утолщением при сверхдопустимой по условию продольной устойчивости относительной длине высадки были решены следующие задачи.
1. Сформированы и обоснованы критерии оптимизации технологических параметров горячей штамповки поковок из длинномерных заготовок, позволяющие повысить качество стержневых изделий и эффективность их производства.
2. Разработанные оптимизационные математические модели, реализующие условия монотонного протекания процесса заполнения полости штампа при формировании утолщения при относительной длине высадки, вдвое превышающей допустимую, обеспечивают однородность структуры металла в очаге деформации, и, в связи с этим, повышенное качество изделий.
3. Экспериментально реализованные условия монотонного процесса заполнения полости штампа при у>>уд, подтверждают адекватность разработанных моделей.
4. Полученная экспериментальная модель процесса заполнения полости штампа хорошо согласуется с аналитической.
5. Разработанные оптимизационные модели выбора схемы штамповки и термомеханических параметров процесса позволяют существенно повысить эффективность производства стержневых изделий.
6. Разработанная компьютерная программа, реализующая рационализацию технологических параметров процесса штамповки стержневых поковок из длинномерных заготовок при y>>yg,может быть использована при внедрении эффективной технологии производства стержневых изделий.
7. Разработанные и промышленно реализованные технологии изготовления типовых стержневых изделий из длинномерных заготовок с использованием компьютерной программы подтверждают объективность и эффективность внедрения предложенных технических решений.
Разработан способ однопереходной штамповки стержневых поковок при у>>Уд, разработана математическая модель процесса, представленная многомодульным алгоритмом оптимизации термомеханических параметров штамповки. Алгоритм реализован компьютерной программой, предложены рекомендации по выбору способа штамповки данного типа изделий с целью снижения энергоемкости процесса. Разработаны новые конструкции штампов для закрытой высадки, защищенные патентами, которые внедрены на промышленных предприятиях.
Анализ теоретических и экспериментальных данных позволил разработать научно-обоснованные практические рекомендации и методику проектирования технологических процессов горячей однопереходной штамповки стержневых поковок с утолщением из длинномерных заготовок с относительной длиной высадки, значительно превышающей допустимую по условию продольной устойчивости, которые были использованы при разработке технологий изготовления двух типов изделий. В результате внедрения технологий в производство получен экономический эффект в сумме 4,2 млн. рублей в год.
1. Сформированы и обоснованы критерии оптимизации технологических параметров горячей штамповки поковок из длинномерных заготовок, позволяющие повысить качество стержневых изделий и эффективность их производства.
2. Разработанные оптимизационные математические модели, реализующие условия монотонного протекания процесса заполнения полости штампа при формировании утолщения при относительной длине высадки, вдвое превышающей допустимую, обеспечивают однородность структуры металла в очаге деформации, и, в связи с этим, повышенное качество изделий.
3. Экспериментально реализованные условия монотонного процесса заполнения полости штампа при у>>уд, подтверждают адекватность разработанных моделей.
4. Полученная экспериментальная модель процесса заполнения полости штампа хорошо согласуется с аналитической.
5. Разработанные оптимизационные модели выбора схемы штамповки и термомеханических параметров процесса позволяют существенно повысить эффективность производства стержневых изделий.
6. Разработанная компьютерная программа, реализующая рационализацию технологических параметров процесса штамповки стержневых поковок из длинномерных заготовок при y>>yg,может быть использована при внедрении эффективной технологии производства стержневых изделий.
7. Разработанные и промышленно реализованные технологии изготовления типовых стержневых изделий из длинномерных заготовок с использованием компьютерной программы подтверждают объективность и эффективность внедрения предложенных технических решений.
Разработан способ однопереходной штамповки стержневых поковок при у>>Уд, разработана математическая модель процесса, представленная многомодульным алгоритмом оптимизации термомеханических параметров штамповки. Алгоритм реализован компьютерной программой, предложены рекомендации по выбору способа штамповки данного типа изделий с целью снижения энергоемкости процесса. Разработаны новые конструкции штампов для закрытой высадки, защищенные патентами, которые внедрены на промышленных предприятиях.
Анализ теоретических и экспериментальных данных позволил разработать научно-обоснованные практические рекомендации и методику проектирования технологических процессов горячей однопереходной штамповки стержневых поковок с утолщением из длинномерных заготовок с относительной длиной высадки, значительно превышающей допустимую по условию продольной устойчивости, которые были использованы при разработке технологий изготовления двух типов изделий. В результате внедрения технологий в производство получен экономический эффект в сумме 4,2 млн. рублей в год.