Вдосконалення безвідхідних енергозберігаючих способів поділу сортового металопрокату та обладнання для одержання заготовок високої якості

Размещено на http://www.allbest.ru/

ДОНБАСЬКА ДЕРЖАВНА МАШИНОБУДІВНА АКАДЕМІЯ

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Вдосконалення безвідхідних енергозберігаючих способів поділу сортового металопрокату та обладнання для одержання заготовок високої якості

Карнаух Сергій Григорович

Краматорськ - 1999

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Донбаській державній машинобудівній академії (ДДМА), Міністерство освіти України

Науковий керівник - доктор технічних наук, професор Роганов Лев Леонідович, Донбаська державна машинобудівна академія, завідувач кафедри "Основи конструювання механізмів та машин"

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Іщенко Анатолій Олексійович, Приазовський державний технічний університет (м. Маріуполь), завідувач кафедри "Механічне обладнання заводів чорної металургії";

кандидат технічних наук Нотченко Віктор Данилович, УкрНДІМеталургМаш (м. Слов'янськ), директор

Провідна установа - Донецький державний технічний університет, Міністерство освіти України

Захист відбудеться " 15 " квітня 1999 р. о 12 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 12.105.01 в Донбаській державній машинобудівній академії (343913, м. Краматорськ, вул. Шкадінова, 72).

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Донбаської державної машинобудівної академії (343913, м. Краматорськ, вул. Шкадінова, 72, 1 уч. корпус)

Автореферат розісланий " 12 " березня 1999 року

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради Д 12.105.01, к.т.н., доц.______________________________ О.В. Сатонін

1. Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Раціональне використання металу, економія енергоресурсів, зниження трудомісткості і поліпшення якості продукції - важливі задачі, які треба вирішувати на всіх технологічних етапах металообробного виробництва, починаючи з поділу прокату на мірні заготовки. Тому в вітчизняній і зарубіжній промисловості не зменшується інтерес до розробки нових і вдосконалення існуючих способів поділу сортового прокату. Робота присвячена розробці безвідхідних способів поділу сортового прокату: відрізці зсувом (ВЗ) і холодній ломці згином (ХЛЗ). Незважаючи на значні успіхи в вивченні і розвитку безвідхідних способів поділу сортового прокату, деякі проблеми ще вимагають подальшої розробки. До таких відносяться: вдосконалення способів стабілізації траєкторії тріщини і нанесення концентраторів напружень (КН), розробка технології та обладнання для поділу сортового прокату при підвищених швидкостях деформування, розробка та дослідження штампів з диференційованим затиском (ДЗ) прокату та інші. Враховуючи, що проблема поділу сортового прокату в тому або іншому ступені актуальна на будь-якому машинобудівному підприємстві можна зробити висновок про актуальність роботи. Дана дисертаційна робота відповідає національній програмі "Енергоресурсозбереження".

Зв'язок роботи з науковими програмами організації. Дисертація виконана в рамках держбюджетної науково - дослідної роботи (НДР) по пріоритетним напрямкам розвитку науки і техніки, включеної в програму ДКНТ України (проект 5.42. 02/098-93 - Створення нового покоління ковальсько - пресових та інших машин на базі гідропружного та клиношарнірного приводів: Звіт про НДР/ДДМА; № ГР 0193U034588; Інв. № 0296U007181. - Краматорськ, 1995), в якій автор приймав участь в якості відповідального виконавця. А також в відповідності з тематикою науково - дослідних робіт, які проведено на кафедрі "Основи конструювання механізмів та машин" ДДМА:

Розробка та дослідження машин для безвідхідного якісного поділу прокату на базі гідропружного та клиношарнірного приводів: Звіт про НДР/ДДМА; № ГР 0194U015522; Інв. № 0296U002877. - Краматорськ, 1995 (автор приймав участь в якості відповідального виконавця);

Дослідження ресурсозберігаючих технологій і обладнання на базі гідропружного та клиношарнірного приводів: Звіт про НДР/ДДМА; № ГР 0196U015978; Інв. № 0298U002409. - Краматорськ, 1997 (автор приймав участь в якості виконавця).

Особистий внесок здобувача. Автор вдосконалив і проаналізував графи інформації про безвідхідні способи поділу сортового прокату і обладнання для їхньої реалізації, на основі яких запропонував перспективні схеми машин і технології для поділу прокату. Здійснив теоретичну постановку задач; розробив, проаналізував і інтерпретував всі наведені математичні моделі (ММ) процесів і обладнання для поділу прокату. Поставив, провів і проаналізував дані усіх наведених в роботі експериментів. Розробив, дослідив і впровадив ряд штампів для відрізки прокату зсувом з ДЗ нової конструкції, запропонував рекомендації до проектування подібних штампів, розробив параметричну модель базової конструкції штампа і запропонував систему автоматизованого проектування штампів для відрізки прокату з ДЗ САПР-ШТАМП ДЗ.

Мета і задачі роботи. Підвищення геометричної точності заготовок і продуктивності процесу, а також зниження питомої енергоємності й експлуатаційних витрат при безвідхідному поділі сортового металопрокату на основі розробки нових схем поділу, математичних моделей і рекомендацій по вдосконаленню технологій і обладнання. Для досягнення поставленої мети сформульовані і вирішені такі задачі: виявлення шляхів вдосконалення безвідхідних способів поділу сортового прокату та обладнання для їхньої реалізації; розробка і дослідження процесу статико-динамічного (СТД) навантаження зразків на прес - молоті (ПМ) за схемою триточкової ХЛЗ; розробка нового способу поділу сортового прокату за схемою "зсув - ломка"; розробка і дослідження процесу поділу сортового прокату на гідравлічному пресі з корисним використанням енергії пружної деформації станини та приводу; розробка і впровадження у виробництво вдосконалених штампів для ВЗ сортового прокату з ДЗ; розробка нових перспективних схем обладнання для поділу прокату.

Методика дослідження. В роботі використані теоретичні й експериментальні методи дослідження. Теоретичні дослідження засновані на законах механіки суцільного середовища, фізики твердого тіла. Теоретичний аналіз процесів поділу сортового прокату виконано з використанням сучасних чисельних способів рішення систем диференціальних рівнянь на ПЕОМ: методу кінцевих різниць, методу Рунге - Кутта 4-го порядку. Математичне моделювання напружено-деформованого стану металу при нанесенні КН клиновим інструментом було здійснено на підставі методу полів ліній ковзання у його чисельній інтерпретації. Згідно поставленим задачам використовували відомі і приватні методики проведення експериментів. Максимальну швидкість рухомих частин високошвидкісних молотів (ВШМ) вимірювали з використанням запропонованого нового способу. Геометричну точність заготовок досліджували методом макроструктурного аналізу з виміром абсолютних і відносних величин викривлення геометричної форми. Експерименти проводилися в лабораторних і виробничих умовах, на спеціально виготовлених і модернізованих моделях та експериментальних зразках обладнання оригінальної конструкції. Результати експериментів оброблені з застосуванням статистичних методів аналізу. Адекватність ММ підтверджена експериментальною перевіркою.

Наукова новизна отриманих результатів.

На основі розроблених графів по безвідхідним способам поділу сортового прокату та конструкціям машин для їхньої реалізації виділені групи факторів, що впливають на геометричну точність заготовок; синтезовано перспективні схеми технологічних процесів і машин для поділу сортового прокату на заготовки з підвищеною точністю геометричних характеристик.

Розроблена комплексна ММ процесу СТД навантаження зразків за схемою триточкової ХЛЗ на ПМ, з використанням якої запропоновано і досліджено ефективний спосіб стабілізації траєкторії тріщини при ударному деформуванню - попереднє статичне навантаження; встановлений взаємозв'язок між технологічними параметрами, характером деформування, конструктивними особливостями прес - молотів і геометричною точністю заготовок.

З використанням моделей руйнування розроблений новий спосіб поділу прокату за схемою "зсув - ломка", сутність якого полягає в нанесенні на прокат об'ємного концентратора напружень для керування траєкторією тріщини і підвищення стійкості інструмента.

Розроблена ММ динамічного розвантаження гідравлічного преса при поділі прокату, яка ураховує корисне використання енергії пружної деформації станини і приводу для нанесення КН, на основі якої встановлений вплив елементів системи "прес - заготовка" на процес удару і енергосилові параметри процесу нанесення КН.

Уточнено чисельну ММ процесу вдавлення жорсткого клинового інструмента в прокат круглого поперечного перетину, що відрізняється урахуванням впливу форми поперечного перетину заготовки, на основі якої розроблена методика розрахунку енергосилових параметрів процесу нанесення КН.

Практична цінність і реалізація роботи. Розроблено методику розрахунку параметрів гідравлічного преса й оснастки для поділу сортового прокату з корисним використанням енергії пружної деформації станини і приводу. Розроблено ряд штампів для відрізки прокату з ДЗ вдосконаленої конструкції, запропонована параметрична модель базової конструкції штампа і створена система автоматизованого проектування штампів із ДЗ прокату САПР - ШТАМП ДЗ. Дано рекомендації до проектування подібних штампів. Впроваджені на ВО "Будгідравліка " два штампи з ДЗ для ВЗ прокату діаметром до 30 мм. Частковий економічний ефект від впровадження склав у цінах 1992 р. Додатково до штампа розроблені конструкції механізмів порціонної подачі прокату й упора. Розроблено перспективні схеми обладнання для поділу сортового прокату на мірні заготовки. Запропоновано і досліджено новий спосіб виміру максимальної швидкості рухомих частин ВШМ. Наукові положення, висновки, ММ, методики розрахунків і рекомендації були використані при вирішенні технологічних задач одержання заготовок високої геометричної точності при поділі сортового прокату на ряді підприємств: ЗАТ НКМЗ, НВП "Донмет" (м. Краматорськ).

Апробація роботи. Наукові і практичні результати роботи автора повідомлено на 6 - ти науково-технічних конференціях: Самарського авіаційного інституту в 1991 р., Вінницького політехнічного інституту в 1992, 1994 р. р., Донбаської державної машинобудівної академії і Новокраматорського машинобудівного заводу в 1996, 1997, 1998 р. р.

Публікації. Матеріали дисертації достатньо повно викладено в 15 - ти друкованих роботах, в тому числі: 5 статей у фахових виданнях ВАК, 5 авторських свідоцтв СРСР.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, 5 - ти розділів, висновків і 5 - ти додатків. Робота містить 223 сторінки, включаючи: 86 малюнків, 6 таблиць, список літератури ,що використалася, з 100 найменувань.

Здобувач висловлює подяку і вдячність д.т.н., доц. Тарасову О.Ф., к. т. н., доц. Сатоніну О. В. за отриману допомогу і наукові консультації з питань розробки перспективних схем обладнання і оснастки для поділу прокату, а також дослідження процесу вдавлення жорсткого клинового інструменту в прокат круглого перетину.

2. Зміст роботи

В ВСТУПІ обгрунтована актуальність теми дисертації, її мета, освітлені основні наукові і практичні результати роботи.

ТЕХНОЛОГІЯ ТА ОБЛАДНАННЯ ДЛЯ БЕЗВІДХІДНОГО ПОДІЛУ СОРТОВОГО МЕТАЛОПРОКАТУ (СТАН ПИТАННЯ)

Проведено аналіз безвідхідних способів поділу сортового прокату і обладнання для їх реалізації, встановлено шляхи підвищення якості заготовок, ефективності і надійності роботи обладнання. Аналітичну інформацію про безвідхідні способи поділу сортового прокату наводили в вигляді графів, які можуть бути використані для виконання і наочного подання класифікації по цілому ряду функціональних ознак для синтезу нових способів і конструктивних схем з застосуванням ЕОМ при створенні пошукових САПР.

На підставі аналізу графів про способи управління величиною пластичної деформації при руйнуванні та варіантів поперечного затиску прокату встановлено перспективні напрямки розвитку: використання підвищених швидкостей деформування в діапазоні (2-20) м/с; вдосконалення механічних способів нанесення КН за один цикл роботи машини; використання ДЗ прокату. Підвищення швидкості деформування при руйнуванні прокату дозволяє забезпечити мінімальний рівень пластичної деформації, що передує зародженню магістральної тріщини, низьку енергоємність процесу поділу. Спосіб нанесення КН за допомогою пластичної деформації найбільш зручний з точки зору компоновки робочих схем поділу, які працюють в один цикл, і забезпечення вимог, що подаються до якості заготовок. Доцільною є конструкція штампа, в якій ДЗ здійснюється по обидві сторони від площини різу за допомогою клинових механізмів, а відрізка відбувається в вертикальній площині. На основі аналізу графа варіантів конструкцій ВШМ показано, що перспективними є ПМ з гідропружним приводом, які дозволяють створювати комбіновані навантаження: квазістатичні та ударні. На основі аналізу розроблених графів інформації зроблено висновок про те, що відносно велика пластичність конструкційних сталей вимагає одночасного застосування і цілком певного поєднання параметрів схеми навантаження, технології нанесення КН і швидкостей деформування для одержання геометрично точних заготовок.

ТЕОРЕТИЧНІ ДОСЛІДЖЕННЯ БЕЗВІДХІДНИХ СПОСОБІВ ПОДІЛУ СОРТОВОГО ПРОКАТУ НА МІРНІ ЗАГОТОВКИ

Можливість попереднього статичного навантаження в поєднанні з високою швидкістю деформування дозволяє створити в прокаті схему напруженого стану, що забезпечує високу геометричну точність заготовок, що поділяються.

Розроблено комплексну ММ процесу СТД навантаження зразків за схемою триточкової ХЛЗ на ПМ з однаковим направленням сил, що деформують (рис. 1). Сила від рухомих частин (штока 1 і баби 2) гідропружного циліндра передається через проміжний пуансон 3 з бойком 4, які встановлено по осі гідравлічного циліндра 5, зразку 6. Для узагальненого порушення задачі шток 1 і проміжний пуансон 3 представляли в вигляді стержнів змінного поперечного перетину з площею поперечного перетину , модулем пружності , довжиною і масою . Бабу 2 і бойок 4 - в вигляді зосереджених мас і . Переміщення рухомих частин відбувалося під дією сили приводу , де - переміщення штоку 1 в перетині . Вважали, що залежність зміни сили на контакті баби 2 і проміжного пуансона 3 від деформації - нелінійна. Жорсткість контакту баби 2 і проміжного пуансона 3 - . Технологічна сила прикладена до зразка 6 масою і жорсткістю , який розташовано на двох опорах. Елемент жорсткістю моделює пружні властивості на контакті зразка з проміжним пуансоном. Два симетричних елемента жорсткістю моделюють пружні властивості контакту опор з зразком силами .

В запропонованій комплексній ММ частково використана відома ММ, що відрізняється урахуванням початкових деформацій перетинів під дією попередньої статичної сили, згідно з якою зразок представляли в вигляді двох жорстких половинок, що з'єднані між собою пружним шарніром, кут повороту якого пропорційний згинальному моменту в центральному перетині:

сортовий прокат безвідхідний заготовка

(1)

В рамках запропонованої ММ деформування зразків за схемою триточкової ХЛЗ записували рівняння сил і моментів в центральному перетині з урахуванням інерційних складових, що виникають при ударному навантаженні:

Размещено на Allbest.ru