Разработка технологий повышения стойкости инструментов прямоугольной и цилиндрической формы на основе пластической обработки

На правах рукописи

ПОПОВ Александр Владимирович

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЙ ПОВЫШЕНИЯ

СТОЙКОСТИ ИНСТРУМЕНТОВ
ПРЯМОУГОЛЬНОЙ И ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ФОРМЫ

НА ОСНОВЕ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

Специальность: 05.02.09 - Технологии и машины обработки

давлением

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Воронеж - 2010

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» на кафедре «Теоретическая и прикладная механика»

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Хван Дмитрий Владимирович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, доцент

Крук Александр Тимофеевич;

кандидат технических наук, доцент

Ганеев Михаил Владимирович

Ведущая организация ОАО «Научно-исследовательский

институт автоматизированных

средств производства и контроля»

(г. Воронеж)

Защита состоится 15 декабря 2010 г. в 14-00 в конференц-зале на заседании диссертационного совета Д 212.037.04 ГОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» по адресу: 394026, г. Воронеж, Московский просп., 14.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ГОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет»

Автореферат разослан 15 ноября 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Кириллов О.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Повышение конкурентноспособности - важнейшая задача российского машиностроения, которая во многом зависит от технологических и эксплуатационных характеристик режущих и мерительных инструментов. В связи с этим возникает необходимость разработки инновационных технологий, обеспечивающих высокую стойкость указанных изделий.

С точки зрения экономики машиностроения инструментальное производство является объектом первостепенной важности. Издержки предприятий на инструмент составляют значительную долю (до 10%) себестоимости изделия. Поэтому повышение стойкости режущих и мерительных инструментов является актуальной задачей машиностроительного производства, что и обусловило выбор темы диссертационного исследования.

В машиностроении широко используются различные технологии упрочнения инструментальных сталей, требующие постоянного развития и совершенствования. К числу перспективных и эффективных технологий относится предварительная механотермическая обработка (ПМТО) заготовок инструментов, при которой пластическая деформация производится до окончательной термической обработки. Однако в настоящее время данная технология реально не используется при изготовлении длинномерных цилиндрических инструментов и режущих элементов плоской формы из-за трудностей реализации пластической обработки их заготовок, а также отсутствия соответствующей теории данного процесса, позволяющей оптимизировать технологию ПМТО с точки зрения достижения наибольшей стойкости указанных типов инструментов. В связи с этим возникает необходимость определения напряженно-деформированного состояния (НДС) в вышеуказанных заготовках при наиболее оптимальных для них видах пластической обработки – осадка и осадка со сдвигом. При этом надо решить важную, пока еще не решенную задачу оценки поддерживающей препятствующей искривлению заготовок при их осадке нагрузки. Необходимым для промышленности является также разработка соответствующей технологической оснастки для реализации указанных процессов пластического деформирования.

Актуальным для металлообрабатывающей промышленности является изготовление инструментов с высокой стойкостью из стали Р6М5, что предполагает установление оптимальных значений пластической деформации и режимов термической обработки в общем технологическом процессе ПМТО для этой стали.

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» на кафедре «Теоретическая и прикладная механика» в 2005 - 2010 гг. в соответствии с планом госбюджетной НИР № 149-1800-1 «Наукоемкие технологии в машиностроении, авиастроении и ракетно-космической технике».

Целью работы является разработка технологического процесса изготовления режущего и мерительного инструмента из цилиндрических и плоских заготовок на основе технологий ПМТО.

Для достижения поставленной цели ставятся следующие задачи:

1. Исследовать напряженно-деформированное состояние (НДС) при осадке плоских заготовок со сдвигом.
2. Исследовать пластическую устойчивость цилиндрических и плоских листовых заготовок при их осадке.
3. Разработать конструкции штамповой оснастки для реализации пластической осадки цилиндрических заготовок и плоских заготовок со сдвигом и методику расчета их основных конструктивных параметров.
4. Установить влияние пластического деформирования в технологии ПМТО на стойкость инструментальной стали Р6М5.

Методы исследования. Аналитические исследования выполнены на основе аппарата теории пластичности, энергетического критерия устойчивости. Эксперименты проводились на прессе ГСМ-50 с использованием современной измерительной аппаратуры. Конструкция штамповой оснастки разрабатывалась с применением методов теории машин и механизмов. Обработка опытных данных проводилась с применением методов математической статистики с использованием ЭВМ.

Научная новизна результатов исследования. В диссертационной работе получены следующие основные результаты, характеризующиеся научной новизной:

1. Определено напряженно-деформированное состояние при пластической осадке со сдвигом плоских заготовок, отличающееся тем, что учитывается упрочняемость материала при определении напряжений и деформирующих сил.
2. Установлен эффект влияния деформации сдвига на снижение сил осадки в заготовках, отличающийся тем, что этот эффект проявляется и в плоских заготовках при их деформировании.
3. Определены поддерживающие препятствующие искривлению цилиндрических и плоских заготовок нагрузки, отличающиеся тем, что эти нагрузки рассматриваются сосредоточенными и приложенными посередине высоты заготовки.
4. Разработана инновационная технология ПМТО применительно к стали Р6М5, отличающаяся тем, что пластическое деформирование заготовок производится в неизотермическом режиме.

Практическая значимость работы:

1. Полученные результаты исследований позволяют выбирать рациональные режимы пластического деформирования заготовки и прогнозировать повышение эксплуатационных свойств инструмента.
2. Разработанные конструкции штамповой оснастки дают возможность реализовать инновационные технологии ПМТО в производственных условиях.
3. Предложенная конструкция штампа для осадки со сдвигом плоских заготовок (патент № 2306997) и созданная при этом методика расчета его основных конструктивных параметров позволит проектировать штамповую оснастку в инструментальной промышленности.
4. Новая конструкция штампа для осадки плоских листовых заготовок (пластин) позволит проектировать соответствующую технологическую оснастку в производственных условиях.

Реализация результатов работы:

• Инновационная технология ПМТО изготовления деталей из прямоугольных плоских образцов из стали Р6М5 внедрена на ОАО ВАСО. Годовой экономический эффект внедрения разработанной технологии составил более 50000 (пятидесяти тысяч) рублей.
• Инновационная технология ПМТО принята к внедрению в ОАО «Тяжмехпресс» с целью повышения стойкости крупномодульных пальцевых фрез из стали Р6М5 для обработки крупногабаритных зубчатых колес с ожидаемым годовым экономическим эффектом около 100000 (ста тысяч) рублей.
• Отдельные материалы исследований по технологии пластической осадки со сдвигом используются в учебном процессе в ГОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» при изучении курса «Теория и обработка металлов давлением» по специальности 05.02.09 «Технология и машины обработки давлением».

Личный вклад соискателя в работу:

• Определено напряженно-деформированное состояние (НДС) при пластической осадке длинномерных цилиндрических и осадке со сдвигом плоских прямоугольных заготовок.
• Определены препятствующие потере устойчивости поперечные поддерживающие нагрузки при осадке длинномерных цилиндрических и плоских листовых заготовок.
• Создан новый способ повышения стойкости инструментальной стали Р6М5 с применением технологии ПМТО, основанной на неизотермическом режиме пластического деформирования заготовок.
• Разработаны конструкции новой технологической оснастки (штампов) для осуществления процесса осадки длинномерной цилиндрической заготовки до больших степеней деформации за одну установку и осадки со сдвигом плоской прямоугольной заготовки.
• Создана конструкция штампа для осадки плоских листовых заготовок (пластин).
• Определена степень влияния пластического деформирования цилиндрических длинномерных и плоских прямоугольных заготовок на стойкость инструментов в условиях ПМТО.

Достоверность результатов исследований обеспечена корректностью постановки задач исследований, использованием теоретических зависимостей, допущений и ограничений, согласованием теоретических и экспериментальных данных, которые были получены не только автором, но и другими исследователями.

Апробация работы. Основные положения и результаты научных исследований докладывались на международных, российских конференциях и семинарах: II Международной научно-технической конференции «Механика пластического формоизменения. Технологии и оборудование обработки материалов давлением» (Тула, 2004); Международной научно-технической конференции, посвященной 70-летию кафедры «Высокоэнергетические устройства автоматических систем» БГТУ «Военмех» им. Ф.Д.Устинова (Санкт-Петербург, 2005); Международной научно-технической конференции, посвященной 100-летию основания кафедры «Пластическая обработка металлов» Санкт-Петербургского государственного политехнического университета (Санкт-Петербург, 2007); Международной научно-технической конференции «Совершенствование процессов и оборудования обработки давлением в металлургии и машиностроении» (Краматорск, 2008); Международной научно-технической конференции «Новые наукоемкие технологии, оборудование и оснастка для обработки материалов давлением» (Краматорск, 2010); ежегодных конференциях профессорско-преподавательского состава ГОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» (2004-2010); научных семинарах кафедры «Теоретическая и прикладная механика» ГОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» (2000-2008).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 научных работ (включая 1 патент на изобретение), в том числе 5 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в автореферате, личный вклад соискателя составляет: [1] -проведен анализ влияния термомеханической обработки на стойкость инструмента на примере стали Р6М5, [2] - представлены результаты оценки напряженно-деформированного состояния в плоских заготовках, [3] - применительно к прямоугольным образцам из инструментальной стали использована новая технология ПМТО, [4] – исследовано влияние механотермической обработки на стойкость инструмента, [5] - проводится анализ результатов применения пластической обработки нагретых заготовок из инструментальной стали Р6М5 на снижение балла карбидной неоднородности, [6,7] - проведен анализ влияния деформирующей нагрузки в штампе при осадке плоской заготовки со сдвигом, [8] - дается анализ процесса осадки со сдвигом плоской заготовки на примере стали 9ХС, [9] –предлагается устройство для пластической обработки плоской заготовки осадкой со сдвигом, [10]- определяется деформирующая нагрузка в штампе для осадки со сдвигом плоской заготовки, [11] - рассчитаны деформационные нагрузки при осадке со сдвигом плоской заготовки, [12] - предложен штамп для осадки со сдвигом плоской заготовки (патент РФ № 2306997), [13] - предложена конструкция штампа для осадки длинномерной цилиндрической заготовки, показан принцип действия последнего.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов, библиографического списка из 67 наименований и приложений. Основная часть работы изложена на 115 страницах, содержит 47 рисунков, 10 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследования, изложены основные положения, выносимые на защиту, раскрыты научная и практическая значимость работы, методы исследований, уровень обсуждения материалов исследований, структура работы.

Первая глава посвящена анализу литературных источников ведущих отечественных и зарубежных ученых по теме диссертации. Показано, что ряд задач, поставленных в работе, несмотря на актуальность, не получили требуемого уровня исследований. Автором установлено:

• несмотря на имеющиеся классические исследования процессов пластической осадки цилиндрических и плоских заготовок со сдвигом, в технической литературе не обнаружено описание механизма влияния технологии ПМТО на эксплуатационные свойства инструментов;
• систематические исследования в области пластической осадки плоских заготовок со сдвигом с применением технологии ПМТО не проводились, поэтому описание разработанного способа упрочнения металлообрабатывающего инструмента отсутствует, что подтверждает актуальность и новизну проведенных исследований;
• имеющиеся конструкции технологической оснастки для осадки длинномерных цилиндрических и плоских заготовок со сдвигом не позволяют совместить технологические требования по интенсификации процесса повышения стойкости инструмента. Для решения такой задачи необходимо создание новых конструкций штамповой оснастки, позволяющих реализовать достоинства технологии ПМТО. Возникает необходимость разработки универсальной технологической оснастки для осадки длинномерных цилиндрических заготовок до больших степеней деформации (=0,3-0,5) за одну установку;
• недостаточно исследован механизм влияния технологии ПМТО на эксплуатационные свойства инструментов из стали Р6М5;
• необходимо проведение экспериментальных исследований влияния степени пластического деформирования заготовок на стойкость инструмента в условиях ПМТО.

Из анализа состояния проблемы были сформированы задачи исследования. Во второй и последующих главах рассмотрены пути и методы решения поставленных задач.

Вторая глава посвящена решению задачи оценки напряженно-деформированного состояния плоской прямоугольной заготовки из стали, исследована устойчивость длинномерной цилиндрической заготовки и пластины при их сжатии. Получены формулы для расчета поперечных поддерживающих нагрузок.

Для определения напряженно – деформированного состояния (НДС) в обрабатываемой плоской прямоугольной заготовке рассматривается расчетная схема, представленная на рис.1. При этом рассматривается заготовка размером (высоташиринатолщина) в прямоугольной системе координат x, y, z с началом в точке, совмещенной с центром тяжести нижнего контактирующегося с основанием сечения. Нагружение заготовки 1 производится перемещением нагружающей плиты 2 в направлениях осей x и y соответственно со скоростями Vx и Vy без проскальзывания торцов заготовки относительно указанной плиты и опорной поверхности 3. Компоненты скоростей перемещения произвольной частицы А заготовки с текущими координатами x, y, z определяются соотношениями, удовлетворяющими начальным и граничным условиям, а также условию пластической несжимаемости материала

; ; . (1)

Здесь - высота осаженной заготовки на величину , где t- время.

Компоненты тензора скоростей деформации будут равны

; ; , (2)

а интенсивность скоростей деформации и накопленная деформация с учетом этих выражений –

, . (3)

Кинематические параметры (2)-(3), как функции деформации сдвига и относительной деформации будут равны

, (4)

где

На основе ассоциированного закона течения с учетом (4) и уравнения равновесия получают компоненты напряжений и деформирующие усилия

где - текущая площадь поперечного сечения заготовки; - интенсивность напряжений. Рассматривается влияние деформации сдвига на величину усилия осадки с помощью параметра

, (6)

где - усилие осадки заготовки без сдвига.

В выражениях (4) и (5) интенсивность напряжений определяется по соотношению А. Надаи

, (7)

где , - характеристики материала, определяемые статистической обработкой опытных значений . Тогда с учетом этого выражения соотношение (6) запишется в виде

. (8)

При деформировании заготовки можно задать соотношение между относительной () и угловой () деформациями в виде, например, линейной зависимости , (9)

где с>0- константа.

В качестве примера рассматривается зависимость от деформации для стали 45 (n=0,2) с учетом выражения (9). На рис.2. показаны графики указанной зависимости (1 –с=0; 2 –с=0,5; 3 –с=1; 4 –с=1,5; 5 –с=2; 6 –с=2,5; 7 –с=3).

Из анализа представленных на этом рисунке расчетных данных следует, что с увеличением деформации сдвига осевая сила уменьшается, но для каждого значения параметра с с возрастанием степени осадки она монотонно возрастает. Для сопоставления показано изменение для идеально пластического тела (n=0, штриховые линии). Как видим, упрочнение материала вызывает повышение относительно этого параметра для случая n=0.

Согласно соотношению (5) определяется с учетом (9) параметр , равный

, (10)

и являющийся убывающей линейной функцией.

Обрабатываемая цилиндрическая заготовка рассматривается в системе координат x-z (рис.3). Здесь 1 – нагружающая плита; 2 – основание; 3 – заготовка; 4 – изогнутая ось заготовки в момент начала ее изгиба; - поддерживающая нагрузка, - максимальный прогиб оси заготовки.

Данная расчетная схема реально отражает условие потери устойчивости заготовки при ее осадке в штамповой оснастке, так как при изгибе происходит контакт заготовки с поддерживающим препятствующим искривлению элементом штампа только в одной точке посередине длины заготовки. Исследование устойчивости заготовки при ее осадке производится на основе критерия положительности работы добавочных нагрузок, представленной в виде

(11)

Здесь - приращение нагрузки; - приращение поддерживающей нагрузки; - изменение длины заготовки. Величина силы Р определяется по формуле

, (12)

где F- текущая площадь поперечного сечения.

При осадке удобнее оценивать деформированное состояние заготовки в относительных деформациях. В связи с этим величина текущей площади определяется с учетом пластической несжимаемости материала по соотношению

(13)

Приращение нагрузки в первом приближении оценивается согласно выражению

(14)

а изменение длины заготовки

. (15)

С целью упрощения расчетов максимальный прогиб оси заготовки принимаем равным

, (16)

где коэффициент . В рассматриваемом случае сжатия заготовки принимаем .

В результате решения системы из представленных уравнений было получено выражение для расчета поперечной поддерживающей нагрузки

В качестве примера определения поддерживающей нагрузки рассматривается заготовка с и мм и из стали 20 (А=760 МПа, n=0,22). На рис. 4 представлен график изменения поддерживающей нагрузки в зависимости от степени деформации. Из данного графика следует, что при увеличении степени деформации заготовки поддерживающая нагрузка монотонно возрастает. Знание этой нагрузки необходимо для определения основных геометрических параметров соответствующего штампа.

В работе рассматривается также заготовка в форме пластины размером (высота ширина толщина), которая подвергается пластической осадке по высоте. При этом на основе указанного критерия получена формула для расчета поддерживающей силы , препятствующая искривлению заготовки.

Третья глава посвящена разработке конструкций технологической оснастки для реализации пластической осадки со сдвигом плоской заготовки и осадки длинномерной цилиндрической заготовки и определению основных геометрических параметров штампов.

На основе запатентованного устройства [13] был разработан штамп для осадки со сдвигом плоской заготовки размером (высоташиринатолщина). Конструкция штампа основана на использовании двух пар клиновых механизмов с углом клина .

Для проектирования и оценки энергосиловых затрат при пластическом деформировании заготовки необходимо знать приложенную к пуансону 3 нагрузку Р. В связи с этим на основе анализа условий равновесия сил приложенная к штампу нагрузка будет равна

. (18)

Здесь - исходная площадь поперечного сечения заготовки;

- накопленная деформация; - интенсивность напряжений, где А, n – коэффициенты аппроксимации, определяемые статистической обработкой экспериментальной кривой течения.

При отсутствии деформации сдвига () из этого выражения следует, что

С целью экспериментальной проверки были выполнены опыты на заготовках размером мм из стали 20, для которой А=760 МПа, n = 0,22 была определена осевая сила Р, рассчитанная по формуле (19) при угле клина (рис. 5)

На этом же рисунке точками показаны экспериментальные данные. Отклонение расчетных данных от опытных данных не превышает 10%, что свидетельствует о достаточной точности формулы (18). Рассматривается также конструкция штампа для осадки длинномерной цилиндрической заготовки до за одну установку, что значительно повышает его технологические возможности по сравнению с возможностями ранее созданных конструкций штампов. В качестве поддерживающего элемента в штампе используется цанговая втулка, разрезанная по диаметральной плоскости на 6-8 секций. Благодаря наличию 3-х пружин сжатия в штампе обеспечивается постоянный контакт секций посередине длины осаживаемой заготовки. Основными геометрическими параметрами штампа являются угол конусности сопрягаемых конических поверхностей цанги и охватывающей ее обоймы и жесткости указанных пружин. На основе анализа геометрии основных взаимосвязанных между собой подвижных элементов штампа получены соотношения для расчета указанных геометрических параметров. Назначение оптимальных их значений в изготавливаемом штампе позволит осаживать заготовку без искривления до заданных степеней деформации за одну установку.

Для определения основных геометрических параметров штампа получена формула

. (19)

Здесь ,- жесткость пружин 3 и 10; - коэффициент трения на поверхности заготовки в точке контакта последней с секцией А цанги; - число секций А в цанге; - жесткость секции А цанги; L –длина секции цанги;

Предлагается конструкция штампа для осадки пластин, принцип действия которого основан на использовании клинового механизма с углом клина. При этом получено на основе кинематического и силового анализа соотношение для расчета поперечной поддерживающей нагрузки, препятствующей искривлению пластины.

В четвертой главе представлены результаты исследования влияния ПМТО на повышение стойкости стали Р6М5. Установлено, что пластическая деформация заготовок из этой стали при комнатной температуре не приводит к повышению ее стойкости. В связи с этим предложен экспериментально обоснованный вариант ПМТО, согласно которому деформирование нагретых до определенных температур (Т0С) заготовок в неизотермическом режиме вызывает увеличение стойкости указанной стали.

Применяемыми в настоящее время методами невозможно определить зависимости между параметрами процессов работы режущего инструмента во всех их сложных взаимосвязях. Обычно при исследованиях варьированию подвергают лишь ограниченное количество параметров процесса, поддерживая все остальные факторы постоянными. В диссертации в качестве варьируемого фактора рассматривается степень пластической деформации заготовки, которая в условиях ПМТО качественно изменяет структурное состояние заготовки, из которой изготавливается инструмент. Вводится коэффициент относительной стойкости по соотношению

, (20)

где - стойкость заготовки без пластической обработки, - стойкость заготовки при различных степенях относительной деформации.

Влияние относительной пластической деформации осадки цилиндрической заготовки на коэффициент Кт для стали Р6М5 показано на рис. 6. Здесь 1- Т=773°К; 2- Т=873°К; 3- Т=973°К; 4-Т=1073°К; 5 - Т=1173°К.

Из рисунка следует, что для всех исследованных температур нагрева Т заготовок существует критическая деформация , до которой коэффициент КТ уменьшается. Далее при происходит монотонное возрастание этого коэффициента. Причем наибольшее увеличение коэффициента КТ происходит при Т=11730К и при , КТmax =1,7, что свидетельствует о повышении стойкости исследованной стали на 70% относительно стойкости стали без предварительной пластической

деформации. Металлографическими исследованиями установлено, что балл карбидной неоднородности (БКН) у стали Р6М5 при Т=11730К уменьшается с ростом (см. рис. 7).

На основе представленных на рис. 6 и 7 зависимостей установлена функциональная связь между БКН и коэффициентом КТ (рис. 8), откуда следует, что с уменьшением БКН стойкость стали Р6М5 возрастает.

Используемый в настоящее время технологический процесс изготовления инструмента из стали Р6М5 не позволяет полностью реализовать все потенциальные возможности свойства этой стали. Как показали исследования, потенциальные возможности инструментов скрыты в совершенствовании микроструктуры проката. Наиболее прогрессивным способом улучшения структуры проката и режущих свойств инструментов является пластическое деформирование нагретых до определенной температуры длинномерных цилиндрических (при ) и плоских заготовок в неизотермическом режиме. На основе теоретических и экспериментальных исследований разработан технологический процесс изготовления крупномодульных пальцевых фрез.

Инновационная технология ПМТО изготовления деталей из стали Р6М5 внедрена на ОАО ВАСО. Эта же инновационная технология ПМТО применительно к крупномодульным пальцевым фрезам была предложена к внедрению на ОАО «Тяжмехпресс» с ожидаемым экономическим эффектом около 100 (ста тысяч) рублей.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

В работе выполнены исследования, связанные с оценкой НДС в пластически обрабатываемых заготовках инструментов, разработкой конструкций штампов для деформирования длинномерных цилиндрических и плоских заготовок, определением оптимальных значений деформаций и установлением температурного режима в инновационной технологии ПМТО с целью достижения максимального повышения стойкости стали Р6М5.

1. Исследовано напряженно-деформированное состояние (НДС) при осадке со сдвигом плоской заготовки. При этом на основе модели изотропно упрочняющегося тела получены соотношения для расчета напряжений и деформирующих нагрузок как функции деформаций и характеристик материала заготовки. Установлено, что деформации сдвига уменьшают силы сжатия заготовки.

2. Установлено, что с увеличением деформации сдвига при осадке плоской прямоугольной заготовки осевая сила уменьшается, но для каждого значения параметра с с возрастанием степени осадки она монотонно возрастает.

3. На основе критерия положительности работы добавочных нагрузок решена задача об устойчивости пластического сжатия длинномерной цилиндрической заготовки с дополнительной приложенной посередине ее длины сосредоточенной поперечной нагрузкой . Получено соотношение для расчета этой нагрузки, являющейся функцией относительной деформации сжатия , размеров заготовки, а также механических характеристик материала. С увеличением деформации заготовки сила монотонно возрастает. Знание этой силы необходимо при проектировании соответствующей штамповой оснастки для реализации осадки заготовки до больших степеней деформации.
4. Решена задача пластической устойчивости при сжатии тонкой пластины под действием поддерживающей поперечной силы на основе указанного критерия. Получена формула для расчета этой силы, являющейся функцией от деформации , размеров заготовки и характеристик ее материала. Знание этой силы необходимо для расчета основных геометрических размеров соответствующей штамповой оснастки.
5. Разработана конструкция штампа для пластической осадки со сдвигом плоских заготовок с использованием принципа действия клинового механизма. При этом получены соотношения для расчета деформирующей силы на основе анализа действия сил в кинематических парах клинового механизма. Изготовлен опытный образец указанного штампа с целью экспериментальной проверки работоспособности последнего. Выполнены эксперименты по осадке со сдвигом плоских прямоугольных заготовок, подтверждающие правильность технических идей, заложенных в конструкции штампа.
6. Разработана конструкция штампа для осадки со сдвигом плоской заготовки с использованием гидропривода, позволяющая плавно и непрерывно изменять соотношения между угловой () и линейной () деформациями в широких пределах.
7. Разработан штамп для пластической осадки длинномерных цилиндрических заготовок, позволяющий осаживать последние на 40 – 50 % за одну установку, что необходимо для повышения эффективности пластической обработки указанных заготовок. На основе кинематического и силового анализа конструкции штампа получены соотношения для расчета основных геометрических параметров последнего.
8. Разработана конструкция штампа для пластической осадки заготовок в форме пластин с использованием клинового механизма.
9. Разработана инновационная технология ПМТО повышения стойкости стали Р6М5, основанная на неизотермическом режиме пластической обработки заготовок и приводящая к увеличению стойкости этой стали по сравнению с базовой технологией (без пластической обработки) заготовки.
10. Установлены оптимальные значения деформации () и температуры нагрева заготовки (11730К), приводящие к увеличению стойкости стали Р6М5 в 1,7 раза по сравнению с базовой (без предварительной пластической деформации) технологией.
11. Металлографическими исследованиями показано, что с увеличением относительной деформации заготовки БКН снижается с 5 до 1,8, что обеспечивает повышение стойкости стали Р6М5.
12. Разработанный новый технологический процесс используется при изготовлении пальцевых крупномодульных фрез с высокими эксплуатационными характеристиками по сравнению с инструментами, изготовленными по традиционной технологии (без предварительной пластической обработки заготовок).
13. Инновационная технология ПМТО изготовления деталей из прямоугольных плоских образцов, выполненных из стали Р6М5, внедрена на ОАО ВАСО. Годовой экономический эффект внедрения разработанной технологии составил более 50000 (пятидесяти тысяч) рублей.
14. Технология изготовления крупномодульных пальцевых фрез была принята к внедрению в производство на ОАО «Тяжмехпресс». Ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения разработанной технологии составит около 100 (ста) тысяч рублей по сравнению с базовым вариантом.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Хван Д.В. Влияние механотермической обработки на стойкость инструмента /Д.В. Хван, А.В. Токарев, А.В. Попов// Известия Тул. гос. ун-та. Сер. Механика деформируемого твердого тела и обработка металлов давлением. - Тула. 2004. - Вып. 2.- С.157-160.
2. Хван Д.В. Осадка со сдвигом плоских заготовок из упрочняещегося материала /Д.В. Хван, А.В. Токарев, А.В. Попов// Известия Тул. гос. ун-та. Сер. Механика деформируемого твердого тела и обработка металлов давлением. – Тула. 2005. Вып.1.- С.64-68.
3. Хван А.Д. Пластическая обработка плоских заготовок осадкой со сдвигом /А.Д. Хван, А.В. Попов, А.В. Токарев// Кузнечно-штамповочное производство. - 2007. - №10. - С. 35-37.
4. Хван Д.В. Влияние механотермической обработки на стойкость инструмента /Д.В. Хван, А.В. Токарев, А.В. Попов// Машиностроитель. - 2007. - № 2.- С. 43.
5. Влияние механотермической обработки на снижение балла карбидной неоднородности /А.Д. Хван, Д.В. Хван, А.В. Попов, А.В. Токарев// Кузнечно-штамповочное производство. - 2008. - №7. - С. 29-30.

Патент на изобретение

6. Патент РФ на изобретение № 2306997. Устройство для осадки со сдвигом заготовки / А.Д. Хван, Д.В. Хван, М.А. Дикарев, А.А. Горячев, С.И. Бахматов, О.А. Соколова, А.В. Попов. По заявке № 2006107344 от 09.03.2006 г. Опубл. 27.09.2007. Бюл. № 27.

Статьи и материалы конференций

7. Хван А.Д. Пластическое деформирование плоских заготовок в условиях осадки со сдвигом /А.Д. Хван, А.В. Попов //Прогрессивные методы и технологическое оснащение процессов обработки металлов давлением: сб. тез. Междунар. науч.-техн. конф. – СПб.: Издательство «ИВА», 2005. - С. 125-126.
8. Попов А.В. Устройство для пластической обработки плоских заготовок осадкой со сдвигом/ А.В. Попов, А.Д. Хван // Современные методы моделирования процессов обработки металлов давлением: труды Междунар. науч.-техн. конф. - Краматорск: ДГМА, 2006. - С.150-152.
9. Хван А.Д. Определение деформирующей нагрузки в штампе для осадки со сдвигом плоской заготовки /А.Д. Хван, А.В.Попов, П.М.Панин// Современные достижения в теории и технологии пластической обработки металлов: труды Междунар. науч.-техн. конф. – СПб.: Издательство Политехнического университета, 2007.- С.412-415.
10. Попов А.В. Определение деформирующей нагрузки в штампе для осадки со сдвигом плоской заготовки /А.В. Попов// Обработка материалов давлением: сб. науч. тр. - Краматорск: ДГМА, 2008.- №1 (19). С. 186-189.
11. Попов А.В. Расчет деформационных нагрузок при осадке со сдвигом плоской заготовки / А.В. Попов// Обработка материалов давлением: сб. науч. тр. - Краматорск: ДГМА, 2008. – С. 232-235.
12. Попов А.В. Повышение стойкости инструментальной стали Р6М5 с применением новой технологии ПМТО / А.В. Попов // Научные исследования в области транспортных, авиационных и космических систем «АКТ-2009» (авиация, космос, транспорт): труды X Всерос. науч.-техн. конф. и школы молодых ученых, аспирантов и студентов. - Воронеж: ВГТУ, 2009.- С. 356-358.
13. Попов А.В. Штамп для осадки длинномерной цилиндрической заготовки / А.В. Попов, А.Д. Хван // Новые наукоемкие технологии, оборудование и оснастка для обработки материалов давлением: труды Междунар. научн.-техн. конф. - Краматорск: ДГМА, 2010. - №1 (22). С. 262-265.

Подписано в печать

Формат 60х84/16. Бумага для множительных аппаратов.

Усл. печ. л. 1,0. Тираж экз. Заказ №________

ГОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет»

394026 Воронеж, Московский просп., 14