WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

На правах рукописи

Панкратов Дмитрий Леонидович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ВОССТАНОВЛЕНИЯ

ДЕТАЛЕЙ ПЛАСТИЧЕСКИМ ДЕФОРМИРОВАНИЕМ

Специальность: 05.02.09- Технологии и машины обработки давлением

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Ижевск – 2010  1

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Камская государственная инженерноэкономическая академия» (ИНЭКА) на кафедре «Машины и технология обработки металлов давлением».

Научный консультант: доктор технических наук, профессор Шибаков Владимир Георгиевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Володин Игорь Михайлович;

доктор физико-математических наук, профессор Грешнов Владимир Михайлович доктор технических наук, профессор Шеногин Владимир Петрович

Ведущая организация: Научно-технический центр Открытого акционерного общества КАМАЗ (НТЦ ОАО «КАМАЗ»), г.Набережные Челны.

Защита состоится «25»июня 2010 г. В14-00 час. на заседании диссертационного совета Д 212.065.02. в Ижевском государственном техническом университете по адресу: 426069, г. Ижевск, ул. Студенческая, дом 7.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ижевского государственного технического университета.

Ваши отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим высылать по указанному адресу Автореферат разослан «» 2010г Ученый секретарь   диссертационного совета Д 212.065. доктор технических наук, профессор В.Г. Осетров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ 

Актуальность проблемы. Согласно статистическим данным «Автостата», парк грузовой техники России на данный момент времени на 80% состоит из автомобилей, срок службы которых превышает 10 лет. Несколько лучшая картина наблюдается с парком легковых автомобилей (9,11 млн. десятилетних автомобилей). Сложившаяся ситуация приводит к увеличению расхода запасных частей не только за счет роста автомобильного парка, но и в расчете на один автомобиль.

Мировая практика выработала достаточно эффективный способ обеспечения стареющего автомобильного парка запасными частями - резервирование гибких переналаживаемых мощностей (до 60% резервных мощностей крупные автомобильные фирмы используют для производства запасных частей на основе оперативных заявок) или развитая сеть предприятий по восстановлению деталей. Дополнительный толчок к развитию предприятий по восстановлению изношенных деталей даст программа по утилизации старых автомобилей, принятая во многих развитых странах. Целью данной программы является вторичное использование 85% материалов от сухой массы автомобиля. Для новых моделей этот показатель должен быть достигнут к году. На восстановление деталей расходуется меньше металла, электроэнергии и труда, чем на изготовление новых. Экономическая целесообразность восстановления деталей определяется тем, что большая часть их выходит из строя вследствие естественного износа рабочих поверхностей, сопровождаемого незначительной потерей металла по весу (не более 0,2 - 0,3%). Себестоимость большинства восстановленных деталей не превышает 10-30% себестоимости новых.

В ремонтном производстве на данный момент широко используются такие способы восстановления, как сварка, наплавка, металлизация и т.д. Однако данные способы, обладающие широкой универсальностью, имеют один существенный недостаток. Деталь, восстановленная данными способами, получает первоначальную форму и размеры, но при этом присоединенный слой металла имеет совершенно иную структуру и соответственно другие эксплуатационные свойства.

Одним из перспективных способов реновации деталей, изготовленных из металлических материалов, является обработка металлов давлением. Технологические процессы обработки давлением, по сравнению с вышеперечисленными методами восстановления, имеют ряд преимуществ: формоизменение происходит в штампах достаточно простой конструкции на существующем кузнечно-прессовом оборудовании с применением стандартных средств автоматизации и механизации. При этом, в процессе реновации горячей пластической деформацией (ПД), помимо достижения утилитарных целей, таких как восстановление формы и размеров изношенной поверхности, возможно получение требуемой микроструктуры металла восстанавливаемой детали, позволяющей увеличить ее ресурс практически вдвое за счет термомеханической обработки.

Однако ПД на данный момент времени в основном восстанавливаются детали только простой конфигурации. Это связано с трудностями создания целенаправленного переноса объема металла в изношенные области восстанавливаемых деталей посредством управления потоками пластически деформируемого металла.

Исходя из этого, целью данной работы является разработка научно обоснованных способов восстановления деталей направленной ПД за счет переноса определенного объема металла в изношенную область.

Для реализации этой цели решались следующие задачи:

1. Разработка методов управления контактными условиями для создания потоков направленного течения металла при ПД;

2. Исследование влияния формы инструмента на направленное течение металла при ПД;

3. Разработка САПР выбора способа восстановления и расчета формы и размеров рабочих элементов штампа для процессов восстановления деталей ПД;

4. Разработка математической модели расчета энергосиловых параметров процесса восстановления деталей;

5. Исследование влияния технологического режима процесса реновации на формирование требуемых служебных свойств восстанавливаемых деталей.

Объектом исследования являются процессы восстановления изношенных элементов деталей направленными потоками пластически деформируемого металла.

Предмет исследования. Управление потоками металла в процессах пластического деформирования посредством вариации контактных условий, формы, размеров деформирующего инструмента и исследование влияния режимов восстановления на структурообразование и эксплуатационные свойства стали при ПД.

Методы исследования.

Исследование осуществляли по следующим направлениям: а) исследовали формоизменение образцов при осадке в условиях анизотропии трения на контактных поверхностях с заданной шероховатостью; б) определяли коэффициент трения методом осадки кольцевых образцов на бойках, контактная поверхность которых обработана различными режущими инструментами; в) исследовали потоки металла при внедрении в кольцевые образцы штампов с деформирующими элементами (ДЭ) различного поперечного сечения; г) исследовали влияние геометрических параметров инструмента на формоизменение образцов при прошивке; д) исследовали влияние термомеханического режима технологического процесса реновации на формирование служебных свойств восстанавливаемых деталей.

Численное моделирование течения металла в процессе восстановления осуществляли методом конечных элементов с помощью программ «Рапид» и QForm 2D/3D. Компьютерное моделирование использовали для исследования влияния геометрической формы инструмента на течение металла в штампе.

Проведение факторного эксперимента осуществляли с целью получения уравнений регрессии, связывающих размеры очага ПД с геометрическими параметрами ДЭ штампа.

Теоретическое исследование энергосиловых параметров процесса восстановления производили энергетическим и инженерным методами.

Проверку адекватности полученных уравнений регрессии и формул, описывающих энергосиловые параметры процесса восстановления, производили сравнением расчетных и экспериментальных данных.

Научная новизна работы:

Научно обоснованы и исследованы методы создания направленных потоков пластического течения для перемещения металла в зоны износа деталей при их восстановлении путем вариации размеров, формы инструмента и контактных условий:

• разработана математическая модель, связывающая течение металла при прошивке с размерами цилиндрического инструмента и образца, формой торца инструмента и глубиной его внедрения. Анализ модели позволил получить графическую зависимость, отображающую область применимости прошивки для восстановления боковой поверхности детали при использовании цилиндрических пуансонов с любой формой торца;

• определена рациональная форма поперечного сечения внедряемого штампа для восстановления изношенных деталей кольцеобразной формы, представляющая собой варианты одностороннего клина; получены уравнения регрессии, связывающие размеры очага ПД с геометрическими параметрами инструмента. Показано, что наиболее значимыми факторами, влияющими на размеры очага ПД, являются толщина деформирующего элемента штампа, глубина внедрения и расстояние до восстанавливаемой поверхности;

• установлено, что создание направленных потоков металла в область изношенной поверхности при восстановлении деталей возможно за счет управления контактными условиями на гравюре инструмента, влияющими на величину сил трения. Для создания зон затрудненного течения необходимо, чтобы направление следов обработки на гравюре инструмента было перпендикулярно потокам металла при ПД, а величина среднего арифметического отклонения профиля шероховатости гравюры 2 Ra 6. Деформирование должно происходить без применения технологической смазки. Появление зон скольжения наблюдается при нанесении на гравюре штампа шероховатости Ra=1,25, при этом следы обработки должны быть направлены параллельно течению металла при ПД. Процесс должен идти с применением технологической смазки;

• разработана методика формирования служебных свойств восстанавливаемых деталей с использованием термомеханической обработки, позволяющая в зависимости от температурно-скоростных условий деформирования, времени последеформационной паузы, скорости охлаждения формировать требуемые эксплуатационные свойства стальных деталей за счет реализации процесса контролируемого структурообразования по механизму динамической полигонизации и рекристаллизации, позволяющего влиять на прочность восстанавливаемых деталей в пределах 15%.

Практическая значимость работы заключается в следующем:

• создана САПР выбора способа восстановления и расчета формы и размеров рабочих элементов штампа;

• разработана методика формирования служебных свойств восстанавливаемых деталей в процессе термомеханической обработки;

• разработаны технологические процессы реновации геометрической формы деталей различной конфигурации с получением гарантированных эксплуатационных свойств деталей, восстановленных ПД;

• разработаны конструкции штампов для восстановления деталей кольцеобразной формы, изношенных по внутренней или наружной образующей поверхности, а также сплошных осесимметричных деталей и деталей сложной формы (патенты 2163175, 2238832 и 2371292, 2376121).

Реализация результатов. Проведенные исследования нашли практическое применение при разработке технологических процессов реновации деталей автомобиля КАМАЗ, которые планируется внедрить на ремонтных предприятиях ОАО «КАМАЗ». Отдельные разделы диссертации используются в учебном процессе ИНЭКА при чтении курсов «Теория обработки металлов давлением» и «Реновация деталей пластическим деформированием».

На защиту выносятся:

• научно обоснованные принципы управления течением пластически деформированного металла за счет размеров, формы инструмента и вариации контактных условий;

• уравнения, позволяющие рассчитывать геометрические параметры деформирующих элементов штампа для создания потоков металла в область износа деталей при их восстановлении;

• алгоритмы выбора наиболее рациональной операции ОМД и расчета размеров инструмента для получения заданного формоизменения в процессах восстановления геометрических параметров изношенных деталей;

• методика выбора параметров высокотемпературной термомеханической обработки в процессах реновации ПД, позволяющая достигать высокопрочного состояния восстановленных элементов деталей.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на международных, всероссийских, межвузовских конференциях г.Казань (1999г.), г.Волгоград (1999г.), г.Оренбург (1999г.), г.Набережные Челны (1999, 2000, 2002, 2003гг), г.Уфа (2006г.), г.Донецк (2007, 2008, 2009гг), г.Пенза (2007, 2008гг), г.Ульяновск (2007г.).

Материалы диссертации докладывались и обсуждались на расширенных заседаниях кафедр «Машины и технология обработки металлов давлением» ИНЭКА (г. Набережные Челны) и ИжГТУ (Ижевск).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 48 работ, в том числе монография, 35 научных статей, из которых 11 в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК, и 4 патента.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы и 5 приложений, занимает 291 страницу и включает 143 рисунка, 30 таблиц; список литературы содержит 221 источник.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, приведены основные результаты работы, их научная новизна и практическая ценность.

Первая глава посвящена анализу существующих методов восстановления деталей, особенно с применением операций обработки давлением для реновации деталей различной формы.

В результате эксплуатации машин имеют место отказы вследствие изнашивания рабочих поверхностей. С помощью таких методов реновации, как наплавка, сварка, металлизация возможно восстановление первоначальных размеров, формы и в ряде случаев свойств поверхностного слоя изношенной детали. Усталостные трещины, образовавшиеся в металле детали, данными методами не устраняются, что при дальнейшей эксплуатации восстановленной детали может привести к преждевременному выходу ее из строя.

ПД имеет существенное преимущество перед вышеперечисленными методами реновации, так как при горячей обработке давлением, помимо восстановления первоначальных размеров, формы и свойств поверхностного слоя, возможно залечивание поврежденностей, накопленных при эксплуатации. В том случае, если изношенная деталь восстанавливалась горячей ПД, возможно получение обновленной структуры металла, а применение в дальнейшем термомеханической обработки позволит регулировать получаемые эксплуатационные свойства. Это, в свою очередь, может гарантировать практически двойной ресурс восстановленной детали.

При имеющихся преимуществах операций ПД для реновации деталей, по сравнению с другими методами, они не получили пока широкого распространения из-за сложности создания направленных потоков металла в сторону изношенной поверхности при применении традиционных методов управления течением металла в штампе. Вследствие этого в процессе восстановления в штампе происходят искажения формы и размеров всей детали, что в дальнейшем исключает ее повторное использование. Для расширения номенклатуры деталей, восстанавливаемых ПД, необходима разработка способов реновации деталей целенаправленными потоками металла в сторону изношенной поверхности.

Рисунок 1 – Алгоритм выбора операции ОМД в зависимости от формы и вида износа восстанавливаемого элемента детали На основе анализа трудов ученых Г.Е. Аркулиса, В. Бэкофена,. Ю.Р.

Витенберга, А.Ф. Головина, Н.П. Громова, А.П. Грудева, В.Г Доробида., В.А.

Евстратова, В.Е. Исаченкова, Е.И. Исаченкова, В.Л. Колмогорова, В.С. Комбалова, И.В. Крагельского, А.Н. Леванова, Я.М. Охрименко, Е.А. Попова, М.В. Сторожева, Э. Томсена, В.А. Тюрина, В.Г. Шибакова, Л.Ш. Шустера и др. было установлено, что основными факторами, влияющими на течение металла в процессах пластического деформирования, являются контактные условия на границе «инструмент-заготовка» и усиливающее их избирательное нанесение смазки, дифференцированный нагрев заготовок перед восстановлением, форма и размеры деформирующего инструмента и заготовки. На рис. 1 представлен алгоритм, позволяющий выбирать операцию и условия, при которых возможно создание направленных потоков металла в область износа в зависимости от его вида и геометрической формы восстанавливаемого элемента детали. Сплошные детали можно восстанавливать осадкой, прошивкой, обжатием, а полые - раздачей, осадкой, обжатием и вдавливанием кольцевых элементов в непосредственной близости от изношенной боковой поверхности. В случаях неравномерного износа дополнительно используются для управления течением металла фасонный инструмент, анизотропные контактные условия или секторный деформирующий элемент штампа.

Все вышеизложенное определило цель и задачи диссертационной работы.

Вторая глава посвящена исследованию методов создания направленных потоков при пластической деформации металла для обеспечения требуемого объема металла в зоны износа восстанавливаемых деталей (табл. 1).

Таблица 1 – Классификация методов создания направленных потоков металла п.п течением металла 1 Управление за счет Приводит к созданию потоков металла из-под изменения формы инструмента, направленных согласно прининструмента ципу наименьшего сопротивления перемещения точек деформируемого тела.

2 Управление кон- Ведет к неоднородности ПД в результате возтактными условия- никновения касательных напряжений на конми за счет направ- тактных поверхностях. Величина сил трения ления, величины зависит от шероховатости поверхности.

шероховатости и Дифференцированное нанесение смазки усидифференцирован- ливает неоднородность ПД, влияя на коэфного нанесения фициент трения на контактных поверхностях смазки на гравюру инструмента и заготовки.

3 Дифференцирован- Ведет к неоднородности свойств и ПД нагреный нагрев заготов-тых и холодных участков заготовки из-за изки менения предела текучести материала при 4 Форма исходной Ведет к увеличению количества переходов заготовки штамповки при существенном различии между исходной формой заготовки и результатом В работе проведены дополнительные исследования влияния первых двух факторов на потоки металла при ПД (табл. 1). Это вызвано тем, что в литературе приведены лишь общие рекомендации, на основании которых невозможно прогнозировать результаты конечного формоизменения при ПД, что недопустимо при восстановлении деталей. Влияние третьего фактора на течение металла при ПД достаточно широко освещено в трудах современных ученых - Е.И. Семенова, М.В. Сторожева, Г.А. Навроцкого, Я.М. Охрименко и др. Четвертый фактор в работе не рассматривался в связи с тем, что в процессах восстановления нет возможности управлять потоками металла за счет формы исходной заготовки, так как изношенная деталь, подвергаемая реновации, получает свою форму в процессе эксплуатации.

С экономической точки зрения формирование требуемой геометрической формы восстанавливаемой поверхности без ее ограничения в штампе является наиболее целесообразным. При этом значительно сокращаются издержки, связанные с изготовлением и ремонтом инструмента. В связи с этим в работе проводились исследования по влиянию формы и размеров инструмента на потоки металла и формоизменение свободной боковой поверхности деформируемых образцов.

Операция прошивки достаточно часто используется в технологических процессах ОМД при изготовлении деталей с углублением или отверстием, а также и при восстановлении деталей. Представление об особенностях влияния на формоизменение при прошивке формы торца инструмента можно получить, проведя анализ потоков металла для цилиндрических пуансонов, представленных на рис.2.

Рисунок 2 – Типовые формы пуансонов Для удобства восприятия материала в тексте используются лишь номера пуансонов (Х=1….7), представленных на рис.2 и классифицированных по форме торца.

На формоизменение боковой поверхности наибольшее влияние оказывает распределение поля деформаций, которое зависит от формы торца инструмента (рис. 2). Под плоскостью пуансона возникает область затрудненного течения металла (серый контур на рис. 3). В общем случае, размеры такой области и степень напряжений в ней обусловлены формой внедряемого инструмента, пластичностью материала, его вязкостью, трением и т.д. В конечном итоге это сказывается на формоизменении боковых поверхностей образца.

Анализируя графики формоизменения образцов, пуансоны можно разделить на три группы: 1) Первая группа преимущественно производит осадку; третья группа раздвигает металл от центра образца к периферии; вторая – оказывает смешанное воздействие на образец.

Отличия в форме пуансонов первой группы состоит в том, что у пуансона Х= 2 на торце цилиндра Рисунок 3 – Распределение поля деформаций есть небольшой конус с диаметром под торцом пуансона диаметром d=0.7D при у торца цилиндра. Формоизменение при внедрении пуансона Х= 2 происходит аналогично случаю с пуансоном Х= 1 (рис. 4), т.к. размеры конуса на торце пуансона таковы, что они практически не влияют на конечное формоизменение. Но, несмотря на малые размеры, конус все же оказывает некоторое влияние на формоизменение в начале процесса внедрения (рис. 5). При небольшой глубине внедрения металл расходится в стороны (рис. 5а), при дальнейшем внедрении раздвигающее действие конуса незначительно. На основании этого можно сделать вывод, что использование ступенчатых пуансонов для управления потоками металла с целью влияния на конечное формоизменение боковой поверхности при прошивке не целесообразно.

Пуансоны второй группы различаются между собой гораздо больше, чем пуансоны других групп. Отличие пуансонов первой и третьей групп между собой состоит в наличии небольших модификаций, которые незначительно влияют на формоизменение. Наиболее характерной чертой пуансонов первой группы является плоский торец, а третьей - наклонная к оси боковая поверхность. У пуансонов Х= 4 и 5 торец также состоит из поверхностей, не параллельных оси движения. Установлено, что при прошивке общее направление движения металла получается из сложения двух векторов: пластического (1) и переносного (2) перемещения металла. Пластическое перемещение металла обусловлено давлением пуансона и направлено по нормали к поверхности инструмента. Переносное перемещение металла направлено радиально. Суммарный вектор потоков металла при прошивке пуансонами Х=4 и Х=5 раздвигает металл преимущественно в радиальном направлении, и в меньшей степени осаживает образец по сравнению с пуансонами Х=1 и Х=2 (см. рис. 6).

Рисунок 4 – Формоизменение при внеинструмента Х= 2 при относительном диадрении инструмента Х= 1 при относиметре инструмента d=0.7D и глубине внедретельном диаметре инструмента d=0.7D и глубине внедрения: а) L = 0.3H; б) L = 0.5H; в) L = 0.7H Рисунок 6 – Формоизменение при Рисунок 7 – Формоизменение при внедрении внедрении инструментов Х= 4 (а) и 5 инструментов Х= 3 (а); Х= 6 (б) и Х= 7 (в) при (б) при глубине внедрения L = 0.5H и глубине внедрения L = 0.5H и относительном относительном диаметре инструмента диаметре инструмента d = 0.5D d=0.5D Различие в форме пуансонов третьей группы заключается в наличии небольшой торцевой части: у пуансона Х= 3 это закругление на конце конуса, а у Х= 6 и 7 – срезанный конус (пуансон Х= 7 отличается от Х= 6 меньшей величиной конусности).

При формоизменении, в данном случае, получается вариант с меньшей степенью осадки образца по сравнению с пуансоном Х= 5, что является результатом уменьшения конусности торца пуансона. На рис. 7 показано формоизменение, характерное для инструментов третьей группы.

Установлено, что для уменьшения степени осадки наиболее предпочтительно использование следующих пуансонов (в порядке увеличения степени осадки): Х= 3, 6, 7, 5, 4, 2, 1, что подтверждает целесообразность деления инструмента на три группы в зависимости от получаемого формоизменения.

Наблюдаемая схожесть в распределении потоков металла при внедрении пуансонов с незначительной модификацией торца и анализ формоизменения трех групп пуансонов дает возможность предположить, что использование при прошивке пуансонов, отличающихся от представленных на рис. (незначительные модификации), может быть не целесообразно, т.к. это не даст значительного изменения потоков металла.

Экспериментально установлено, что практически не влияют на течение металла при прошивке:

1) высота детали, т.к. проведенные исследования по прошивке цилиндрических образцов различной высоты показали идентичность формоизменения боковой поверхности (рис. 8);

2) марка стали детали (погрешность формоизменения боковой поверхности составляет не более 2.82% при восстановлении в горячем состоянии деталей из сталей Ст. 20, Ст. 45, 12Х18Н9Т, 20ХГНМ, 30ХГСА, 35ХМ, 40Х13, 40Х, ШХ и др).

Для получения зависимостей формоизменения образца при прошивке пуансонами, представленными на рис.2 (номера пуансонов X=1…7), было произведено моделирование процесса деформации методом конечных элементов в програм- Рисунок 8 –. Сравнение формоизменения ме QForm 2D/3D для цилиндриче- образцов ссHH = 0,75D с формоизменением ских образцов с соотношением H/D= 0.5D (утолщенной линией показан контур 0,25; 0,5…2,5. Полученные результа- образца с H = 0,75D, наложенный на контур ты формоизменения Dн=F2(d, L), Dср=F3(d, L), Н/=F4(d, L) (рис.9) были интерполированы в исследуемой области полиномом третьей степени с использованием математического аппарата, реализованного в программе Math CAD в виде:

С помощью функций Dв=F1(d, L), Dн=F2(d, L), Dср=F3(d, L), Н/=F4(d, L) установлено, что при малых глубинах внедрения и небольшом относительном диаметре пуансона (d 0,1-0,2D) формоизменение боковой поверхности крайне незначительно и не представляет интереса с технологической точки зрения (серая область на рис. 10).

Рисунок 9 – Схема замеров образца после прошивки. Dв, Dср и Dн – диаметр образца части соответственно, H’ – высота образца после прошивки Использование двусторонней прошивки в процессах восстановления деталей обусловлено наличием свободного места на торцах изношенного элемента детали. Для расчета формы и размеров инструмента при двусторонней прошивке, с целью получения требуемого формоизменения, деталь разбивается на верхнюю и нижнюю части (рис. 11). При этом каждая из частей рассматривается отдельно, а параметры инструмента определяются решением системы уравнений аналогично случаю односторонней прошивки. Трудность задачи заключается в том, что возможно большое количество вариантов разбиения детали на верхнюю и нижнюю части. Еще одной особенностью двусторонней прошивки является различие скоростей внедрения верхнего и нижнего пуансонов. Если какой-то из пуансонов внедрится на расчетную глубину (LВ или LН) раньше другого, то помимо прошивки элемента произойдет его осадка за счет давления на торец детали поверхностью 1 или 2 (рис. 11), которая исказит формоизменение боковой поверхности детали. Для получения требуемого формоизменения боковой поверхности необходимо, чтобы пуансоны внедрились на расчетную глубину LВ, LН одновременно, т.е. выполнялось условие:

где LВ и LН – глубины внедрения пуансонов, рассчитанные по системе уравнений (рис. 11) для верхней и нижней части детали; В и Н – скорости внедрения верхнего и нижнего пуансонов; tВ и tН – время внедрения верхнего и нижнего пуансонов (tВ = tН).

Рисунок 11 – Разбиение восстанавливаемой детали на части при двустороннем внедрении: XВ, XН – номера пуансонов для восстановления верхней и нижней части детали Таблица 2 – Коэффициент Установлено, что при двусторонней прошивке на скорость внедрения в образец влияют два параметра инструмента – форма торца (X) и диаметр (d) пуансона. Влияние этих параметров можно выразить через коэффициент формы ( X ) и размерный коэффициент ( d ):

где – скорость внедрения инструмента произвольной формы (из представленных на рис. 2) и произвольного размера(d = 0,1…0,9D); ЭТ – скорость движения эталонного пуансона (форма торца – X=1, диаметр – d = 0,7D); X – коэффициент формы (табл. 2); d – размерный коэффициент (рис. 12).

Отношение скоростей пуансонов можно рассчитать по формуле:

При двусторонней прошивке условие (2) позволяет подобрать такое разбиение детали, при котором достигается одновременность внедрения инструмента на расчетную глубину в верхней и нижней части.

Характер формоизменения образцов при прошивке пуансонами, отличными от цилиндрических, имеет свои особенности. При внедрении осесимметричного инструмента потоки металла из-под торца пуансона равны по Рисунок 13 – Потоки металла при внедрении пуансонов с кваднаименьшего соратным (а), трапециевидным (б), треугольным (в) поперечным сечением. Штриховой линией указан исходный образец, стрелкасформулированным ми – направления перемещения частиц металла Суть данного принципа заключается в том, что перемещение любой точки тела в плоскости, перпендикулярной действию внешней силы, происходит по кратчайшей нормали к периметру сечения. При прошивке металл из-под торца пуансона вытекает по схеме, представленной на рис. 13, что приводит к неравномерному изменению боковой поверхности деформируемого цилиндрического образца. Аналогичная картина наблюдается и при деформировании образцов другой геометрической формы. При внедрении пуансонов квадратного, трапециевидного и треугольного сечения наблюдается преимущественное течение металла от граней, а со стороны углов инструмента формоизменение поверхности образца незначительно.

Полученные результаты показывают, что сечение пуансона, внедряемого в образец, является одним из существенных факторов, позволяющим влиять на потоки металла при прошивке, а, следовательно, и на формоизменение деформируемой заготовки. Для более подробного анализа потоков металла при внедрении неосесимметричных пуансонов проведен ряд экспериментов по внедрению пуансонов с лыской в цилиндрический образец.

Для получения неосесимметричного инструмента цилиндрический пуансон (рис.14) был рассечен плоскостью, параллельной вертикальной оси, находящейся на расстоянии от оси пуансона r` = [0; 0,2r; 0,4r; 0,6r; 0,8r]. В результате внедрения пуансона (рис. 15) получены следующие варианты формоизменения:

• в сечении А-А - симметричное формоизменение образца (рис. 16);

• в сечении Б-Б формоизменение образца несимметрично относительно его оси (рис.17).

Рисунок 14 – Пуансон с лыской Сравнение и анализ полученных в сечении Б-Б (рис.17) результатов позволяют сделать следующие выводы:

0,3H; 1 – внедряемый пуансон, 2 – исследуемый обра- формоизменение с одной 3) варианты при r’ 0,6r использовать нецелесообразно, т.к. в этих случаях более рациональным будет использование осесимметричных пуансонов.

Восстановление боковой поверхности кольцевых деталей, помимо операций раздачи, обжима, осадки, возможно внедрением кольцевых элементов в непосредственной близости от изношенной поверхности (рис.1). В связи с этим были проведены исследования влияния формы внедряемого инструмента на течение металла при ПД с помощью компьютерного моделирования и на натурных образцах. Установлено, что для восстановления кольцевых деталей сечение деформирующего элемента штампа должно представлять собой односторонний клин с наклонной гранью, обращенной к восстанавливаемой поверхности рис. 18 (с "вмороженной" сеткой). Основное Рисунок 16 – Сравнение формоизменения образца в сечении А-А при внедрении пуан- геометрии рабочих элементов штамсона с лыской (r = 0.25D и r` = 0) и цилинд- па фиксирующими элементами, рического(d = 0.35D и d = 0.5D) пуансона (L=0.3H) штампа, и (или) же с помощью нанесения ориентированной шероховатости на гравюру штампа.

Рисунок 18 – Модель внедрения штампа с него клина в кольцевую деталь В результате планирования эксперимента были получены формулы для вычисления глубины очага деформации и угла отгиба кромки восстанавливаемой поверхности (4) и (5) в зависимости от геометрии ДЭ штампа, выполненного в виде одностороннего клина (см. рис.19):

где hз – глубина внедрения ДЭ штампа; Т– толщина ДЭ штампа; – расстояние от кромки ДЭ до восстанавливаемой поверхности.

Для определения энергосиловых параметров процесса восстановления кольцевой детали в безоправочном штампе была построена математическая модель. Размеры ДЭ штампа для создания направленного течения к изношенной поверхности рассчитаны по формулам (6) и (7).

Рисунок 20 – Схема разбиения очага деформации на области с однородной деформацией при восстановлении внутренней (а) и наружной (б) поверхности кольцеобразной детали Для построения математической модели процесса восстановления рассматривается напряженно-деформированное состояние восстанавливаемой детали в конечный момент деформирования. На рис. 20 показана половина сечения детали 1, деформируемая элементом 2; кольцевые прижимы со специально обработанной поверхностью для создания зоны затрудненной деформации в противоположном восстанавливаемой поверхности направлении.

Для решения задачи по определению усилия деформирования объем детали разделяется на четыре кольцевых области А, Б, В, Г, деформация в которых условно принимается однородной, а сдвиги сосредоточены на границах этих областей. Принимается, что области А и Б находятся в условно упругом состоянии, а Г и В в пластическом.

Поставленная задача была решена инженерным методом, в результате получены формулы для расчета энергосиловых параметров процесса внедрения. Конечная формула для определения усилия сопротивления деформированию областей однородной деформации при внедрении i-го ДЭ штампа в процессе восстановления внутренней поверхности будет иметь вид:

Для наружной поверхности формула определения усилия примет вид:

где S – предел текучести материала детали; zhi – расстояние от оси до Or поверхности контакта детали с инструментом i ДЭ штампа (i=1нижний ДЭ и i=2 верхний ДЭ); RТ – радиус, который требуется получить в результате восстановления; RЗi– радиус цилиндрической поверхности i ДЭ штампа; RРi – расстояние от оси OZ до ближайшей к восстанавливаемой поверхности рабочей кромки i ДЭ штампа.

Зависимости для учета сдвигов на границах выделенных зон однородной деформации при внедрении i ДЭ при восстановлении внутренней (а) и наружной поверхности (б):

Деформирующее усилие восстановления детали в безоправочном штампе определяется как сумма усилий внедрения ДЭ (8) и сдвига (9).

Для создания зоны затрудненной деформации с целью создания гарантированных потоков металла в сторону восстанавливаемой поверхности при внедрении элементов 2 прижимные кольца 3 рис. 20 с наружным радиусом Rn и внутренним радиусом rп воздействуют на образец с усилием равным Согласно исследованиям Крагельского И.В., Леванова А.Н., Колмогорова В.Л. Буркина С.П. и др. существенным фактором, влияющим на коэффициент трения при ПД, является шероховатость поверхности инструмента.

При этом с увеличением высоты неровностей на поверхности инструмента практически всегда возрастает µ. Значения коэффициента трения при постоянном давлении могут различаться в 3-4 раза в зависимости от величины Ra (например, при Ra=1,25 - µ=0,12, а при 2 Ra 6 0,28µ0,34). Применение же смазок при тех же значениях Ra позволяет снижать µ в 5-6 раз.

В уравнениях, описывающих граничные условия при ПД, присутствует коэффициент трения, который определяют исходя из изотропных условий трения на поверхности контакта штампа и деформируемой заготовки. Однако после технологической обработки шероховатость поверхностного слоя имеет ярко выраженное различие в своих характеристиках вдоль и поперек следов обработки. Следовательно,, во многом зависящий от шероховатости поверхности инструмента при ПД в двух взаимно перпендикулярных направлениях, имеет различные значения. Сила трения в данном случае может быть разложена на два, взаимно перпендикулярных вектора, направленных параллельно ( ) и перпендикулярно ( ) следам обработки поверхности инструмента. Согласно закону Зибеля, касательные напряжения на поверхности металла могут быть рассчитаны по формулам:

Для одной и той же величины шероховатости поверхности инструмента отношение касательных напряжений, параллельных и перпендикулярных направлению обработки, будет величиной постоянной при прочих равных условиях. Данное отношение обозначается буквой I и называется коэффициентом анизотропии трения.

В результате исследований установлено, что геометрическое место точек концов вектора силы трения в плоскости образует эллипс трения, построенный на полуосях и / /. При I=1 эллипс трения становится окружностью, а анизотропный процесс трения переходит в изотропный.

Модуль величины касательных напряжений в произвольном направлении можно определить как длину вектора, проходящего через центр эллипса под углом к оси ОХ и точку, лежащую на эллипсе. В результате получена формула для определения величины силы трения, направленной под углом в виде для создания зон затрудненного течения необходимо, чтобы направление следов обработки на гравюре инструмента было перпендикулярно потокам металла при ПД, а величина среднего арифметического отклонения профиля шероховатости гравюры 2 Ra 6. Деформирование должно происходить без применения технологической смазки. Появление зон скольжения возможно при =//. При этом следы обработки на гравюре штампа должны быть направлены параллельно течению металла при ПД, а величина шероховатости гравюры Ra=1,25. Процесс должен идти с применением технологической смазки.

В третьей главе представлены алгоритмы выбора рациональной геометрии деформирующего инструмента и формирования служебных свойств восстанавливаемых деталей ПД.

Рисунок 21 – Алгоритм выбора операции ОМД для восстановления сплошных осесимметричных деталей Для сокращения времени проектирования инструмента, удобства выбора способа восстановления ПД целесообразно данную процедуру реализовать в виде САПР. САПР в зависимости от геометрической формы восстанавливаемого элемента детали и расположения области износа, предлагает возможные варианты восстановления изношенной поверхности и рассчитывает геометрические размеры деформирующих элементов штампа. Схема на рис. 21. На первом этапе рассматривается возможность применения осадки, как наиболее простой операции ОМД с точки зрения проектирования и изготовления инструмента. Принцип работы алгоритма выглядит следующим образом:

1. Определяется H – допустимая величина уменьшения высоты детали.

2. Рассчитывается Hо– уменьшение высоты детали при восстановлении диаметра осадкой.

3. Если выполняется условие H Hо, выбирается осадка, в противном случае рассчитывается Hо.п. – уменьшение высоты детали при прошивке без ограничения боковой поверхности.

4. Если выполняется условие H Hо.п., то выбирается прошивка без ограничения боковой поверхности, в противном случае используют прошивку с ограничением боковой поверхности.

При расчете размеров деформирующего инструмента необходимо учитывать, что его объем определяется по формуле:

где VИЗ – объем износа; VМО – объем механической обработки после восстановления; VУГ – объем потерь металла на угар.

Восстановление прошивкой возможно вдавливанием инструмента, как с одного, так и с двух торцов изношенного элемента детали.

Подбор формы и размеров инструмента при односторонней прошивке без ограничения боковой поверхности осуществляется по формулам Dв=F1(d, L), Dн=F2(d, L), Dср=F3(d, L), Н/=F4(d, L). На первом этапе задаются D0В, D0СР, D0Н; D1В, D1СР, D1СР – верхний, средний и нижний диаметры детали до и после восстановления; H и Н – высота детали до и после восстановления. Далее рассчитывается отношение H / Dmax и выбирается таблица коэффициентов   1 10 для функции (1), по которой будет осуществляться расчет формы и размеров инструмента. В программе коэффициенты   1 10 для каждого пуансона (рис. 2) представлены в виде таблиц H/D = 0,25; 0,5; … 2,5. При выборе таблицы полученное соотношение для восстанавливаемого элемента детали Dmax/H округляется до ближайшего большего, кратного 0,25, и выбирается соответствующая таблица. Из полученного списка вариантов пуансонов, позволяющих достичь требуемого формоизменения, выбирается вариант с наименьшей степенью осадки.

Преимущество двусторонней прошивки перед односторонней заключается в том, что в общем случае, при двустороннем внедрении получается более равномерная боковая поверхность или же необходимое формоизменение, при условии невозможности достичь его односторонней прошивкой.

Главным условием использования двусторонней прошивки является наличие места для внедрения пуансонов с обоих торцов детали. Восстанавливаемый - 23 элемент на первом этапе делится пополам, после чего обе части образца рассматриваются отдельно и подбор формы и размеров пуансона производятся как для односторонней прошивки. Затем производится проверка по условию (2), и при невыполнении условия производится корректировка схемы разбиения (HВ/HН – отношение высоты верхней и нижней частей детали) до тех пор, пока не будет удовлетворено соотношение (2). При невозможности решения задачи формоизменения корректировкой величины HВ/HН, задача решается корректировкой величин dВ и dН. При этом получаемое формоизменение будет избыточным в той части детали, диаметр пуансона для которой будет увеличен. Если осадка при использовании найденных параметров инструмента больше допустимой, то применяется прошивка с ограничением боковой поверхности.

При проектировании техпроцесса восстановления сплошных неосесимметричных деталей необходимо придерживаться следующих рекомендаций (см. рис. 22):

1) необходимо ограничить область внедрения инструмента, руководствуясь условием прочности детали при воздействии эксплуатационных нагрузок после восстановления;

3) форма задней поверхности пуансона должна обеспечивать сохранение формы и размеров элемента деРисунок 22 – Головка разжимного кулака тормозной системы автомобиля. Где S – тали, не нуждающегося в восстановминимально возможная толщина перемыч- лении;

ки после восстановления, позволяющая 4) для определения формы торца выдерживать эксплуатационные нагрузки; инструмента и глубины его внедревосстанавливаемая поверхность; 2 – поверхность, не нуждающаяся в восстанов- ния необходимо проведение дополнительных исследований в каждом лении; 3 – область внедрения инструмента При проектировании технологических операций восстановления полых деталей необходимо придерживаться алгоритмов для восстановления изношенного наружного или внутреннего диаметра (рис. 23 и 24). После ввода параметров изношенной детали (Do, Н- изношенный диаметр и высота детали до восстановления) проводится расчет параметров операции осадки для достижения требуемого формоизменения (D1-диаметр после восстановления, V- объем изношенного металла). Если уменьшение высоты детали при осадке не выходит за пределы допустимых величин, то пользователю - 24 выводятся параметры операции «осадка». В случае невозможности изменения высоты на данную величину проводится расчет параметров операции восстановления внедрением деформирующих элементов (формулы 6 и 7).

Если же подобрать удовлетворительные параметры процесса внедрения не представляется возможным, то рекомендуется применение восстановления обжатием (рис. 23) или раздачей (рис. 24) при условии, если конструкция детали не содержит элементов, изменение размеров и формы которых не приведут к потере эксплуатационных свойств.

Рисунок 23 – Алгоритм выбора операции и расчета геометрии инструмента при восстановлении внутреннего диаметра полых деталей Восстановление полной работоспособности изношенных деталей должно вестись с приданием им начальных размеров, правильной геометрической формы и поверхностных свойств, прежде всего твердости, поскольку все свойства сердцевины сохраняются, если не считать отдельных случаев зарождения усталостных трещин в процессе изнашивания.

- 25 На процесс формирования оптимальных структурных состояний металла и соответствующих им прочностных показателей решающим образом влияет технологическая структура обработки детали. Принципиальная схема формирования служебных свойств в системе производства представлена на рис. 25, где: Sи – исходные свойства металла; Sс– служебные свойства деталей; а, г – маршруты обработки с косвенным влиянием технологии пластического формообразования (ТПФ) на Sc; в, б – маршруты обработки с непосредственным влиянием на Sс; д, е – маршруты обработки без влияния ТПФ на Sc; Н – нормализация; ТУ – термоулучшение; РО – рекристаллизационный отжиг; ДО – диффузионный отжиг; СфО - сфероидизирующий отжиг; СО – смягчающий отжиг; OПС - отжиг на перлитную структуру; ОКЗ – отжиг на крупное зерно; 30 – закалка + отпуск; ХТО – химико-термическая обработка;

ФO – физическая обработка (лазерная, плазменная и т.п.); ТЦО – термоциклическая обработка; ХОШ – холодная объемная штамповка; НТМО и ВТМО – штамповка в режиме низко- и высокотемпературной термомеханической обработки; ВШ – высокоскоростная штамповка; СПШ – штамповка в условиях сверхпластичности; ГОШ – горячая объемная штамповка; ИШРисунок 24 – Алгоритм выбора операции и расчета геометрии инструмента при восстановлении наружного диаметра полых деталей - 26 изотермическая штамповка. Изменение свойств металла в процессе реновации деталей целесообразно анализировать с учетом технологической наследственности. Качество деталей определяется не только финишной, но и особенностями всех предшествующих ей операций и технологических процессов. Носителями наследственной информации являются химический состав, структура материала и связанные с ней механические и другие свойства. Для достижения высоких показателей свойств металла деталей необходимо учитывать, а лучше – управлять технологическим наследованием. Свойства, позитивно влияющие на качество детали, необходимо сохранять и развивать, а отрицательные свойства желательно ликвидировать на начальных стадиях обработки.

Рисунок 25 – Схема формирования технологических и служебных свойств металла Более высокий уровень механических свойств деталей, восстановленных с использованием ПД, обусловлен специфичным влиянием последней на микро- и макроструктуру металла. Правильно назначенные режимы пластического формоизменения способствуют: устранению пористости литой структуры; заварке макродефектов типа трещин; дроблению и рациональной ориентации неметаллических включений; перераспределению ликвационных зон; формированию волокнистой структуры и текстуры деформации, измельчению суб- и макрозерна; дроблению карбидных фаз и уменьшению карбидной неоднородности и т.п.

- 27 Методику выбора рациональных технологических параметров, обеспечивающих достижение высокопрочного состояния сталей после горячей деформации, можно рассмотреть в зависимости от комплексного влияния технологических факторов на формирование промежуточных и окончательных структур в горячедеформированном и впоследствии охлажденном металле восстанавливаемой детали, может быть проанализировано при совместном рассмотрении (рис. 26) диаграммы структурных состояния стали (ДСС-поз. а), температурно-временной диаграммы технологического процесса (ТВД - поз. б), термокинетической диаграммы распада переохлажденного аустенита (ДРА - поз. в).

Рисунок 26 – Схема выбора допустимых интервалов температур Т, скоростей деформации &, длительности последеформационной паузы, обеспечивающих образование (при горячем деформировании и последующем охлаждении стали) динамически полигонизованной структуры аустенита и ее закалку на мартенсит; Та, Тнд, Ткд – температуры аустенизации, начала и конца деформации; & min, & max – скорости деформации: минимально допустимая по производительности или технической характеристике оборудования, максимально допустимая для образования указанного типа структуры; – область допустимых значений температур и скоростей деформации; и- длительность инкубационного периода статической рекристаллизации ДСС характеризует виды структур, образующихся в горячедеформируемом аустените в зависимости от температуры и скорости деформации (где DП-динамическая полигонизация, DР-динамическая рекристаллизация).

ТВД отображает характер изменения температуры металла в некоторой зоне заготовки при реализации технологического процесса обработки давлением. На диаграмме обозначены особые точки: Та – температура нагрева (аустенизации) металла перед обработкой; Тнд, Ткд – температуры начала и конца обработанной заготовки.

ДРА характеризует кинетику фазовых превращений и структурообразование при непрерывном охлаждении стали из аустенитной фазы.

Диаграммы имеют следующие области превращений: ферритную (Ф);

перлитную (П); промежуточную (Пр) и мартенситную (М).

Выбор параметров технологического процесса горячего формоизменения при восстановлении деталей, реализуемых в режиме ВТМО, следует производить с учетом условий эксплуатации детали и технологии, последующей за ПД механообработки. Для деталей ответственного назначения, конструкторско-технологические признаки которых допускают изготовление без лезвийной обработки резанием, целесообразна обработка давлением по режимам ВТМО, обеспечивающим наибольшее упрочнение (нагрев до температур 1100+10°С для аустенизации стали и увеличения размера зерна; подстуживание до температуры 900±10°С; горячая деформация на предварительных формоизменяющих переходах с целью наибольшего приближения к окончательной форме детали, чтобы завершение формообразования на заключительном переходе не потребовало больших 25зп35% деформаций; реализация заключительного перехода в интервале температур 870...820°С и скоростей деформации, исключающих прохождение в горячедеформируемом аустените процесса динамической рекристаллизации в объеме, превышающем 20-25%; интенсивное охлаждение со скоростью больше критической для используемой охлаждающей среды, при этом время последеформационной паузы перед охлаждением не должно превышать длительности инкубационного периода процесса статической рекристаллизации и; низкий отпуск при температуре 150±10°С или выполнение закалки в режиме прерванного охлаждения, что позволит провести отпуск без дополнительного расхода энергии за счет тепла внутренних объемов металла).

Для сталей, имеющих исходную крупнозернистую структуру, а также содержащих в составе легирующих элементов Cr, Mo, Co, Si и особенно V и Nb необходимость в аустенизации при более высоких температурах, чем температура начала деформации Тнд, отпадает и нагрев ведется сразу до температур, обеспечивающих преимущественное протекание при горячей деформации динамической полигонизации.

При восстановлении деталей сложной формы и необходимости упрочнения отдельных, наиболее нагруженных при эксплуатации, ее сечений, на предварительных переходах формоизменения в области этих сечений следует формировать специальный технологический припуск с размерами, гарантирующими, при его деформировании на заключительном переходе, попадание в область параметров ВТМО, при которых в горячедеформируемом аустените формируется субструктура динамической полигонизации.

штамповки лезвийной механообработки, то для обеспечения обрабатываемости резанием после ВТМО следует проводить высокий отпуск или контролируемое охлаждение, гарантирующие получение приемлемой твердости и повышенные механические свойства.

Четвертая глава содержит описание технологии, конструкции и принципа работы штампов для реновации изношенных деталей.

На рис. 27 представлена принципиальная схема штампа для восстановления кольцевых деталей. Штамп содержит верхнюю 1 и нижнюю 2 плиты с установленными на них матрицей 3, пуансоном 4, с рабочими поверхностями, имеющими деформирующую часть 5, образующую зуб, выполненный в виде остроконечного клина, наклонная грань которого направлена в сторону изношенной поверхности, и образующую часть, выполненную в виде направляющего конуса 6. На нижней 2 и верхней 1 плитах за деформирующей частью 5 установлены прижимные кольца 7, контактная поверхность которых выполнена шероховатой (2 Ra 6). Остальная поверхность штампа обработана шлифованием Ra=1,25 мкм. Кольца 7 прижимаются к детали пружинами 8. Для того, чтобы исключить деформирование неизношенной части детали 9 в штампе, используются штифты 10. Чтобы избежать деформации восстановленной детали в момент выталкивания в штампе предусмотрен кольцевой выталкиватель 11, распределяющий выталкивающую силу равномерно по плоскости детали.

Рисунок 27 – Схема штампа для восстановления ДЭ 5 пуансона 4 и матрицы 3 и кольцевых деталей В случае, если деталь не имеет сплошной зоны для внедрения штампа, вследствие наличия отверстий, пазов и т.д. в непосредственной близости от штампа в нескольких местах.

Рисунок 28 – Схема восстановления шарового пальца Сплошные детали по форме восстанавливаемого элемента можно разделить на осесимметричные и несимметричные. Схема восстановления осесимметричных деталей раздачей прошивкой представлена на рис. 28 на примере детали «шаровой палец». Для создания анизотропных условий трения при пластическом деформировании на гравюре матрицы созданы зоны прилипания 4 (точение 2 Ra 6) и зоны скольжения 3 (шлифование Rа=1, мкм). На рисунке также указаны полукольца 2, а также кольцо 6, восстанавливаемая деталь 1, стрелками 5 показаны потоки металла. За счет характерной формы внедряемого инструмента и направления течения металла, указанного на рисунке, деталь после восстановления принимает требуемую форму.

Для восстановления деталей прошивкой традиционно используется многоразовый инструмент. Однако в ряде случаев применить многоразовый инструмент невозможно по ряду причин, а именно:

1) при отношении высоты (h) к диаметру(d) инструмента 2,5 происходит потеря устойчивости, что приводит к поломке инструмента;

2) при d 20 мм не обеспечивается достаточная стойкость инструмента из-за быстрого его нагрева. В данном случае прошивка многоразовым инструментом возможна при условии, если процесс идет с низкой производительностью и пуансон остывает до 300-4000С перед каждым последующим внедрением;

3) на поверхности детали после прошивки недопустимо наличие полости.

В связи с этим в качестве деформирующего инструмента во многих случаях можно использовать разовый деформирующий инструмент, который после внедрения образует с деталью неразъемное соединение.

Получение неразъемного соединения обеспечивается термическим натягом и диффузионными процессами, протекающими при прошивке и после под ддержку в виде бандажных элем чае потерю его уст Восстановлен диаметра ши крестовины 1 в матрице 3 об нос за счет внедр льзуется для пред дотвращения поттери устойчивост разового инстр Рисунок 30 – Область износа фор рмы рассмотрен на примере раз зжимного кулака (рис. 30). Схем восстаа ма нов вления разжимнного кулака двум рассечёнными пуансонами с шаровидмя и ным торцами пред дов вательно, и на по олучение требуемого формоизме енения боковой п поверхности изношенного эл и лемента детали влияют: размеры инструмента и образца, фор торца инстру 2. Разработан математическая модель, связы при прошивке с раз и змерами цилиндр рического инструумента и образца формой тор инструмента и глубиной его внедрения. Ана чить графическу зависимость, отображающую область прим про ошивки для восст тановления боко диа аметре пуансона (0,10,2 диамет детали) форм рхности образца не представляет интереса с техноологической точки зрения при использовании цилиндрических пуансонов с лю 3. Определен рациональная форма поперечн штаампа для восстаановления изнош шенных деталей кольцеобразной формы, пре едставляющая со обой варианты оддностороннего кклина и получены уравне- - 32 ния регрессии, связывающие размеры очага ПД с геометрическими параметрами инструмента. Наиболее значимыми факторами, влияющими на размеры очага ПД, являются: толщина деформирующего элемента штампа, глубина внедрения и расстояние до восстанавливаемой поверхности.

4. Предложена методика прогнозирования формоизменения цилиндрических образцов при восстановлении изношенных элементов деталей двусторонней прошивкой, учитывающая величину относительных скоростей внедрения верхнего и нижнего пуансонов, зависящих от формы торца и диаметров внедряемых пуансонов, позволяющая добиться заданного формоизменения при минимальной степени осадки детали.

5. Создание направленных потоков металла в область изношенной поверхности при восстановлении деталей возможно за счет управления контактными условиями на гравюре инструмента, влияющими на величину сил трения. Для создания зон затрудненного течения необходимо, чтобы направление следов обработки на гравюре инструмента было перпендикулярно потокам металла при ПД, а величина среднего арифметического отклонения профиля шероховатости гравюры 2 Ra 6. Деформирование должно происходить без применения технологической смазки. Появление зон скольжения наблюдается при нанесении на гравюре штампа шероховатости Ra=1,25, при этом следы обработки должны быть направлены параллельно течению металла при ПД. Процесс должен идти с применением технологической смазки.

6. Предложена методика формирования служебных свойств восстанавливаемых деталей с использованием термомеханической обработки, позволяющая в зависимости от температурно-скоростных условий деформирования, времени последеформационной паузы, скорости охлаждения формировать требуемые эксплуатационные свойства стальных деталей за счет реализации процесса контролируемого структурообразования по механизму динамической полигонизации и рекристаллизации, позволяющего влиять на прочность восстанавливаемых деталей в пределах 15%.

7. Для создания эффективного течения металла в процессах реновации в направлении изношенных элементов деталей типа «разжимной кулак», необходимо деформирование двумя, симметрично расположенными, рассеченными вдоль оси симметрии, цилиндрическими пуансонами с шаровидным торцом.

8. На основании результатов исследования влияния геометрических параметров инструмента на потоки металла при пластической деформации создан САПР выбора наиболее рациональной операции ОМД и расчета формы и размеров деформирующих элементов штампа с целью получения требуемого формоизменения при восстановлении деталей ПД.

9. Опробованы и приняты к внедрению технологические процессы восстановления деталей типа «шаровых пальцев», «разжимных кулаков» и 2371292, 2376121.

Основные результаты диссертации отражены в работах:

1. Панкратов, Д.Л. Реновация деталей пластической деформацией.

/Шибаков В.Г., Панкратов Д.Л. - М.: Машиностроение, 2000.-219 с.

2. Панкратов, Д.Л. Выбор рационального термомеханического режима восстановления деталей автомобиля пластической деформацией./Панкратов Д.Л. [и др.]//Кузнечно-штамповочное производство. - 2009. - № 6. - С. 44-47.

3. Панкратов, Д.Л. Износ разжимного кулака и тормозные характеристики автомобиля./ Шибаков В.Г., Панкратов Д.Л., Швеев А.И.

//Автомобильная промышленность. – 2008.- № 8.- С. 28-29.

4. Панкратов, Д.Л. Опыт применения пакета QForm 3D для моделирования штампов восстановления рабочих поверхностей разжимных кулаков тормозной системы./Шибаков В.Г., Панкратов Д.Л., Швеев А.И., Зиганшин Р.Ф.//Автомобильная промышленность. – 2008.- № 2.- С. 34-35.

5. Панкратов, Д.Л. Исследование восстановления и усталостной прочности изношенных деталей при реновации пластическим деформированием.

/Шибаков В.Г., Панкратов Д.Л., Фролов А.М.//Кузнечно-штамповочное производство.- 2004. - №10.- С. 29-33.

6. Панкратов, Д.Л. Реновация кольцевых деталей пластическим деформированием на основе регулирования условий трения и формы инструмента./ Панкратов Д.Л.//Кузнечно-штамповочное производство. - 2004. С. 25-29.

7. Панкратов, Д.Л. Формоизменение изношенной детали при ее восстановлении с помощью симметричного и несимметричного инструмента.

/Шибаков В.Г., Панкратов Д.Л., Зиганшин Р.Ф.//Кузнечно-штамповочное производство. - 2009. - № 3. - С. 41-44.

8. Панкратов, Д.Л. Восстановление деталей типа крестовин пластической деформацией разовым инструментом./Шибаков В.Г., Панкратов Д.Л., Валиев А.М.//Кузнечно-штамповочное производство. - 2009. - № 2. - С. 42-44.

9. Панкратов, Д.Л. Восстановление изношенных поверхностей деталей пластической деформацией./ Панкратов Д.Л., Зиганшин Р.Ф., Ганеев Р.Н.

//Кузнечно-штамповочное производство. – 2006.- №3.- С. 30-33.

10. Панкратов, Д.Л. Особенности пластического течения металла при прошивке пуансонами с различной формой торца./Шибаков В.Г., Панкратов Д.Л., Зиганшин Р.Ф.//Кузнечно-штамповочное производство. - 2009. - № 10. С. 29-35.

11. Панкратов, Д.Л. Алгоритмы проектирования технологических процессов восстановления деталей автомобилей./Панкратов Д.Л. [и др.]// Автомобильная промышленность. – 2009.-№ 9. -. С. 16-18.

- 34 Панкратов, Д.Л. Прошивка как способ восстановления геометрических характеристик деталей. /Панкратов Д.Л. [и др.]// Автомобильная промышленность. – № 11. Москва, 2009г. С. 26-28.

13. Патент № 2163175 Российская Федерация, МКИ7 В21D3/10, В23Р6/00. Штамп для восстановления осесимметричных кольцевых деталей/ Шибаков В.Г., Панкратов Д.Л. – 99111910/02 заявл. 01.06.1999 опубл.

20.02.2001; Бюл..№5.

14. Патент № 2238832 Российская Федерация, МКИ7 В23Р6/00. Способ и устройство восстановления шаровых элементов деталей методом пластического деформирования/Шибаков В.Г., Панкратов Д.Л., Фролов А.М. – 2003109298/02 заявл. 02.04.2003 опубл. 27.10.2004; Бюл. №30.

15. Патент № 2371292 Российская Федерация, МПК В23Р6/00. Способ и устройство для восстановления осесимметричных деталей с канавкой и уклоном в стержневой части методом пластического деформирования/Шибаков В.Г., Панкратов Д.Л., Зиганшин Р.Ф. – 2008103843/02 заявл 31.01.2008 опубл. 27.10.2009; Бюл. № 30.

16. Патент № 2376121 Российская Федерация, МПК В23Р6/00. Способ и устройство для восстановления деталей типа «разжимной кулак» методом пластического деформирования/Шибаков В.Г., Панкратов Д.Л., Зиганшин Р.Ф., Швеев А.И. – 2008103841/02 заявл. 31.01.2008 опубл. 20.12.2009;

Бюл.№ 35..

17. Панкратов, Д.Л. Применение пакета Q FORM 3D для восстановления рабочих поверхностей разжимных кулаков тормозной системы автомобиля./ Шибаков В.Г., Панкратов Д.Л., Швеев А.И., Зиганшин Р.Ф.//Материалы Международного сборника научных трудов №38. Прогрессивные технологии и системы машиностроения. Донецк: ВАК Украина, 2009.-С. 243- 18. Панкратов, Д.Л. Система автоматизированного проектирования инструмента для восстановления осесимметричных деталей автомобилей.

/Шибаков В.Г., Панкратов Д.Л., Жигулев И.О. //В сб. статей Международной научно-практической конференции «ICATS 99». Казань: 1999.- С. 262-265.

19. Панкратов, Д.Л. Применение методов обработки металлов давлением в процессах восстановления деталей машин и механизмов./Шибаков В.Г., Панкратов Д.Л., Жигулев И.О.//В сб. статей Международной научнотехнической конференции «Прогрессивные методы и технологии получения и обработки конструкционных материалов и покрытий». Волгоград: 1999.- С.

81- 83.

20. Панкратов, Д.Л. Характер влияния износа разжимного кулака на безопасность автомобиля./ Шибаков В.Г., Панкратов Д.Л., Швеев А.И.//Материалы V Международной научно-технической конференции. Пен- за: 2008.- С. 42-43.



 


Похожие работы:

«УДК 621.791.6 КОРОЛЕВ Роман Александрович ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ И ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИХ КОНТРОЛЯ ПРИ АЛЮМИНОТЕРМИТНОЙ СВАРКЕ РЕЛЬСОВ Специальность 05.03.06. – Технологии и машины сварочного производства АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2006 Работа выполнена в Московском государственном университете путей сообщения (МИИТ). Научный руководитель : доктор технических наук, проф. Воронин Николай Николаевич...»

«ГУПАЛОВ БОРИС АЛЕКСЕЕВИЧ РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ВИБРАЦИОННОЙ ПРАВКИ МАЛОЖЁСТКИХ ДЕТАЛЕЙ ТИПА ДИСКОВ Специальность 05.02.08 – Технология машиностроения АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Челябинск – 2013 Работа выполнена в Новоуральском технологическом институте – филиале федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования национального исследовательского ядерного университета...»

«Грановский Андрей Владимирович РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ ГАЗОДИНАМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВЫСОКОНАГРУЖЕННЫХ СТУПЕНЕЙ ОХЛАЖДАЕМЫХ ГАЗОВЫХ ТУРБИН Специальность 05.04.12 – Турбомашины и комбинированные установки АВТОРЕФЕРАТ диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук Москва – 2011 Работа выполнена в Московском Энергетическом Институте (Техническом университете) Официальные оппоненты : доктор технических наук профессор Зарянкин А. Е. доктор технических наук...»

«ЧИСТЯКОВ Анатолий Юрьевич РОБОТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ С МЕХАНИЗМАМИ ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ НА ОСНОВЕ ПОДВЕСНЫХ ПЛАТФОРМ Специальность 05.02.05 – Роботы, мехатроника и робототехнические системы Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург 2006 Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Иркутский государственный университет путей сообщения Научный руководитель : кандидат...»

«СЛОБОДЯН Михаил Степанович СТАБИЛИЗАЦИЯ КАЧЕСТВА СОЕДИНЕНИЙ ПРИ КОНТАКТНОЙ ТОЧЕЧНОЙ МИКРОСВАРКЕ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ЦИРКОНИЕВОГО СПЛАВА Э110 Специальность 05.03.06 – Технологии и машины сварочного производства АВТОРЕФЕРАТ на соискание ученой степени кандидата технических наук Барнаул – 2009 Работа выполнена на кафедре Оборудование и технология сварочного производства Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Томский политехнический университет...»

«БУЯНКИН ПАВЕЛ ВЛАДИМИРОВИЧ ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ ПЛАТФОРМ И НАГРУЗОК В ОПОРНО-ПОВОРОТНЫХ УСТРОЙСТВАХ ЭКСКАВАТОРОВ-МЕХЛОПАТ Специальность 05.05.06 – Горные машины Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Кемерово - 2014 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Кузбасский государственный технический университет имени Т. Ф. Горбачева. Научный руководитель - доктор...»

«Лясникова Александра Владимировна ОБОСНОВАНИЕ И РЕАЛИЗАЦИЯ КОМБИНИРОВАННОЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ТИТАНОВЫХ ДЕТАЛЕЙ В УЛЬТРАЗВУКОВОМ ПОЛЕ С УЧЕТОМ ЭЛЕКТРОПЛАЗМЕННОГО НАПЫЛЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ Специальности: 05.03.01 - Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки 05.09.10 - Электротехнология АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Саратов Работа выполнена в ГОУ ВПО Саратовский...»

«Кабаева Ольга Николаевна Разработка способа и средств пассивной адаптации деталей различных видов соединений при автоматизированной сборке на основе метода позиционирования Специальность 05.02.08. Технология машиностроения Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва 2006 Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профильного образования государственная Ковровская технологическая академия им. В.А.Дегтярева...»

«КОСАРЕВ ДМИТРИЙ ВЛАДИМИРОВИЧ ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ВНУТРЕННИХ РЕЗЬБ ФРЕЗАМИ С ТВЕРДОСПЛАВНЫМИ ПЛАСТИНАМИ ПРИ ПЛАНЕТАРНОМ ДВИЖЕНИИ ИНСТРУМЕНТА Специальность 05.02.07 Технология и оборудование механической и физико-технической обработки Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва 2010 Работа выполнена на кафедре Инструментальная техника и технология формообразования Государственного образовательного учреждения высшего...»

«МЕЛЬНИК ИВАН СЕРГЕЕВИЧ РЕГУЛИРОВАНИЕ ТРАНСПОРТНЫХ ДИЗЕЛЕЙ ИЗМЕНЕНИЕМ ИХ РАБОЧИХ ОБЪЁМОВ Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.04.02 – тепловые двигатели Москва, 2013 1 Работа выполнена на кафедре теплотехники и тепловых двигателей Российского университета дружбы народов. Научный руководитель : Заслуженный работник высшей школы РФ, доктор...»

«НАТИГ АДИЛ оглы НАБИЕВ РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ ПОВЫШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ СКВАЖИННЫХ ШТАНГОВЫХ НАСОСОВ. 05.02.13- Машины, агрегаты и процессы АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора философии по технике БАКУ 2010 1 Работа выполнена в Азербайджанской Государственной Нефтяной Академии Научный руководитель : член АННА, д.т.н профессор...»

«ОРЕКЕШЕВ СЕРИК САРСЕНУЛЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ДЛЯ ДОБЫЧИ НЕФТИ ВИНТОВЫМИ НАСОСНЫМИ УСТАНОВКАМИ ПРИ ПРОЯВЛЕНИЯХ ПЕСКА И ГАЗА Специальность 05.02.13 – Машины, агрегаты и процессы (Нефтегазовая отрасль) Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Уфа – 2005 2 Работа выполнена на кафедре нефтегазопромыслового оборудования Уфимского государственного нефтяного технического университета. Научный руководитель доктор технических...»

«Киселева Лариса Николаевна СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ И ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО ОРГАНА ПОДКАПЫВАЮЩЕЙ МАШИНЫ Специальность 05.05.04 – Дорожные, строительные и подъемно-транспортные машины АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Омск – 2011 1 Работа выполнена в ФГБОУ ВПО Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ) кандидат технических наук, доцент Научный руководитель : Федотенко Юрий Александрович доктор...»

«Булат Андрей Владимирович ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ СКВАЖИННОГО НАСОСНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ЗА СЧЕТ ПРИМЕНЕНИЯ СЕПАРАТОРОВ МЕХАНИЧЕСКИХ ПРИМЕСЕЙ Специальность 05.02.13 - Машины, агрегаты и процессы (нефтяная и газовая промышленность) Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва, 2013 2 Работа выполнена в ФГБОУ ВПО Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина Научный руководитель : доктор технических наук,...»

«Буканова Ирина Сергеевна ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПОВЫШЕННОЙ НАГРУЗОЧНОЙ СПОСОБНОСТИ НЕПОДВИЖНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ТИПА КОРПУС – ВТУЛКА Специальность 05.02.08 – Технология машиностроения АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Барнаул – 2012 2 Работа выполнена в ФГБОУ ВПО Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова (АлтГТУ), г. Барнаул Научный руководитель : доктор технических наук, профессор Татаркин Евгений Юрьевич...»

«ЛЕЛИОВСКИЙ КОНСТАНТИН ЯРОСЛАВИЧ РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ВИБРОАКУСТИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ НАГРУЖЕННОСТИ И ДЕФЕКТОВ КОРОБОК ПЕРЕДАЧ КОЛЕСНЫХ МАШИН Специальность 05.05.03 - Колесные и гусеничные машины АВТОРЕФЕР АТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Нижний Новгород – 2008 Работа выполнена на кафедре Автомобили и тракторы Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева Научный руководитель : Доктор технических наук, профессор...»

«КРАСНИКОВА ТАТЬЯНА ИВАНОВНА ОБОСНОВАНИЕ И ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭКСКАВАТОРОВ ЦИКЛИЧНОГО ДЕЙСТВИЯ Специальность 05.05.06 – Горные машины Специальность 05.02.22 – Организация производства (горная промышленность) Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Екатеринбург – 2012 2 Работа выполнена в ФГБОУ ВПО Уральский государственный горный университет и ОАО Научно-технический центр угольной промышленности по открытым...»

«МАРТЫНОВА ТАТЬЯНА ГЕННАДЬЕВНА РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ МЕХАНИЗМОВ МАШИН ДЛЯ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ Специальность: 05.02.18 – теория механизмов и машин Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Новосибирск, 2013 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Новосибирский государственный технический университет Научный руководитель : Подгорный...»

«ОСИПОВ Александр Вадимович ПОВЫШЕНИЕ ЭКОНОМИЧНОСТИ ДВУХСТУПЕНЧАТОГО ОТБОРНОГО ОТСЕКА ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ Специальность 05.04.12 Турбомашины и комбинированные турбоустановки Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург 2002 Работа выполнена в Брянском государственном техническом университете. Засл. деятель науки и техники РФ, Научный руководитель доктор техн. наук, профессор В.Т. Буглаев. Официальные оппоненты : – Засл. деятель...»

«Шкарупа Михаил Игоревич ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕХАНИЧЕСКОЙ И ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ ТИПА ОБОЛОЧЕК ВРАЩЕНИЯ ИЗ КОНСТРУКЦИОННОЙ КЕРАМИКИ Специальность 05.02.07 – Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук Москва – 2011 Диссертационная работа выполнена на кафедре “Технология машиностроения, металлорежущие станки и инструменты” в Федеральном государственном...»














 
© 2013 www.diss.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Методички, учебные программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.