Разработка и исследование ресурсосберегающего способа ковки заготовок, обеспечивающего повышение (стр. 1 из 6)

УДК 621.771.02 На правах рукописи

НОГАЕВ КАЙРОШ АБИЛОВИЧ

Разработка и исследование ресурсосберегающего способа ковки заготовок, обеспечивающего повышение качества поковок

05.03.05 – Технологии и машины обработки давлением

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук

Республика Казахстан

Алматы, 2006

Работа выполнена в АО «Карагандинский металлургический институт»

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Найзабеков А. Б.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Белков Е. Г.

кандидат технических наук, доцент Бейсенов Б. С.

Ведущая организация: Карагандинский государственный технический университет

Защита состоится _24.03.2006_ 14⁰⁰ на заседании диссертационного совета К14.17.02 при Казахском национальном техническом университете имени К.И. Сатпаева по адресу: 050013, г. Алматы, ул. Сатпаева, 22, конференц зал НК.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казахского национального технического университета имени К.И.Сатпаева. Справки по телефону 92-68-35 доб. 128, факс 8-3272-92-60-25

Автореферат разослан ________

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

Ескулов С.С.

Введение

Актуальность темы. В настоящее время существуют различные способы ковки металлов и сплавов, где интенсивные сдвиговые деформации реализуются за счет усложнения конфигурации и конструкции кузнечных инструментов, вследствие чего снижаются их надежность и универсальность, увеличиваются затраты на их изготовление, сужаются номенклатура и типоразмер обрабатываемых заготовок. При исследовании этих способов в основном используются эмпирический подход и упрощенные аналитические методы, которые достаточно ограничены из-за принятых гипотез и допущений. В связи с этим, разработка новых способов деформирования с применением надежных кузнечных инструментов простой конфигурации и несложной конструкции, обеспечивающих повышение качества поковок и заготовок путем интенсификации сдвиговых деформации в объеме слитков и заготовок, а также создание надежных методов достаточно точного количественного определения параметров технологических процессов с учетом влияния большого числа факторов на основе математического моделирования и оптимизации являются актуальными.

Цель работы. Разработка и исследование ресурсосберегающего способа ковки заготовок, обеспечивающего повышения качества поковок.

Задачи исследования:

- теоретическое и экспериментальное обоснование создания ресурсосберегающего способа деформирования и инструмента для его реализации;

- совершенствование методики исследования способов деформирования на основе численных методов математического моделирования;

- определение напряженно-деформированного состояния заготовок при деформировании новым инструментом;

- проведение опытно-промышленного опробования разработанного способа и инструмента в производственных условиях

- осуществление оценки качества поковок, полученных новым способом.

На защиту выносятся:

- результаты исследования напряженно-деформированного состояния в объеме металла, формоизменения заготовки, энергосиловых параметров процесса при деформировании заготовок инструментом, реализующим интенсивные сдвиговые деформации;

- результаты исследования влияния технологических и геометрических параметров предложенного способа деформирования и инструмента на качество металла заготовок.

Научная новизна работы:

На основании численных методов математического моделирования выявлены закономерности развития интенсивных сдвиговых деформации в объеме металла заготовок и изменения энергосиловых параметров в зависимости от технологических показателей процесса деформирования. Установлены рациональные конструктивные параметры и условия работы деформирующего инструмента, при которых будут обеспечены оптимальные характеристики очага деформаций и энергосиловых параметров процесса деформирования.

Практическая ценность работы:

- на основе проведенных исследований разработан новый кузнечный инструмент (предпатент РК №14306), обеспечивающий высокие качество поковок при минимальном обжатии заготовки;

- разработанный технологический процесс прошел опытно-промышленное опробование в кузнечно-прессовом цехе АО «Миттал Стил Темиртау» и получил положительную оценку (Приложение Д).

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на:

- ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава и студентов Карагандинского металлургического института (г. Темиртау, 2000 - 2005 гг.);

- международной научной конференции "Наука и образование - ведущий фактор стратегии "Казахстан-2030" (г. Караганда, 2001, 2002 г.г.);

- международной научно-практической конференции «Научно-технический прогресс в металлургии» (г. Темиртау, 2001, 2003 г.г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 13 работ, в том числе 9 статьей в научно-технических журналах, 3 доклада в международных научных конференциях и один предпатент Республики Казахстан.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 121 страницах машинописного текста, включая 54 рисунков и 9 таблиц. Состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованных источников в количестве 91 наименования, приложения.

Содержание работы

Во ВВЕДЕНИИ обоснована актуальность диссертационной работы, определены цель и задачи исследования, научная новизна и практическая ценность.

В ПЕPВОЙ ГЛАВЕ выявлена роль сдвиговых деформации при обработке металлов давлением (ОМД) и проведен анализ существующих способов деформирования, реализующие интенсивные сдвиговые деформации, направленные на повышение качества заготовок, особенно литых.

Анализ существующих способов ковки, реализующих интенсивные сдвиговые деформации, выявил необходимость разработки новых способов деформирования с применением надежных кузнечных инструментов простой конфигурации и несложной конструкции, обеспечивающих повышение качества поковок и заготовок путем интенсификации сдвиговых деформации в объеме слитков и заготовок.

Для решения проблемы рационализации технологических процессов ковки и создания единой теоретической основы расчета в основном применяются упрощенные аналитические методы и различные полуэмпирические подходы, построенные на обобщении лабораторных и производственных опытов. Практические возможности таких методов достаточно ограничены из-за принятых гипотез и допущений. В то же время решение ряда практических вопросов технологии ОМД требует более полной и достоверной информации о напряженно-деформированном состоянии металла по сравнению с той, что дают полуэмпирические и существующие аналитические модели. Переход к задачам обработки металлов давлением с учетом реальных механических свойств металла возможен только на основе использования современных численных методов анализа, в частности метода конечных элементов (МКЭ).

Во ВТОРОЙ ГЛАВЕ теоретически обоснован способ деформирования, реализующий интенсивные сдвиговые деформации в объеме металла заготовки, и разработан кузнечный инструмент для его осуществления.

Реализация интенсивных сдвиговых деформаций в объеме металла заготовок инструментами с плоскими рабочими поверхностями расширяют их технологические возможности. При деформировании такими инструментами развитие интенсивных сдвиговых деформаций в объеме металла заготовок можно реализовать перераспределением сил трения вдоль контактных поверхностей между заготовкой и инструментом за счет изменения движения рабочей поверхности. Например, горизонтальное перемещение верхней рабочей поверхности при осадке плоскими бойками (рисунок 1) приводит к возникновению дополнительных напряжений сдвига на контактной поверхности и смещению линии раздела пластического течения металла по контактной поверхности от её середины, что обуславливает развития интенсивных сдвиговых деформации в объеме металла заготовки.

Рисунок 1 – Схема деформирования плоскими бойками с наложением дополнительных однопоточных деформаций сдвига

Соотношение и_г/и_в горизонтальных и_г и вертикальных и_в составляющих перемещения верхней рабочей поверхности инструмента определяет характер процесса деформирования заготовки. Например, при и_г/и_в=0 происходит только обжатие заготовки. Сдвиг заготовки возможен только при и_г/и_в¹0. При определенных значениях соотношения и_г/и_в и контактных условий можно обеспечить наилучшие показатели напряженно-деформированного состояния в объеме заготовки и энергосиловых параметров процесса. Для определения рациональных значений соотношений и_г/и_в и оптимальных контактных условий необходимо подробное исследование напряженно-деформированного состояния в объеме заготовки и энергосиловых параметров процесса деформирования с учетом реальных механических свойств металла, которое возможно только на основе использования современных численных методов анализа, в частности метода конечных элементов (МКЭ).