У дисертації розв’язана актуальна науково-технічна задача удосконалення математичних моделей, методів комп'ютерного проектування калібровок і на їхній основі ресурсозберігаючих технологій штамповки і прокатки коліс за рахунок зменшення асиметрії колісних заготовок по всіх агрегатах пресопрокатної лінії, а також переходу на точні за масою заготовки. Основні наукові положення і практичні результати роботи полягають у наступному. 1. Виконано порівняльний аналіз технологій штамповки і прокатки коліс в Україні (ВАТ «НТЗ») і Росії (ВАТ «ВМЗ») стосовно технологій ведучих закордонних виробників коліс, таких як «Bochumer Verein» (Німеччина), «Valdunes» (Франція) і інших. Основні переваги, що визначили на даних підприємствах високу якість коліс і зниження витрат металу, у першу чергу пов'язані з істотним зменшенням асиметрії колісних заготовок і чорнових коліс по всій пресопрокатній лінії і переходом на точні по масі заготовки. Разом з тим, у літературних джерелах обмежена інформація як про технологічні рішення, які забезпечили режими ресурсозбереження в колесопрокатному виробництві, так і про математичні моделі, методи і комп’ютерні програми, які забезпечили розробку сучасних технологій, що обґрунтовує необхідність проведення досліджень у даних напрямках. 2. Розроблено залежності для розрахунку ступеня заповнення металом штампів у зонах обода і маточини, а також сил при штамповці колісних заготовок, що мають обід, диск і маточину, на основі методу планованого експерименту, реалізація якого здійснена шляхом кінцево-елементного моделювання зазначеного процесу штамповки. Показано, що дані залежності в процесі розробки калібровок для переходу «прес 50 МН – прес 100 МН» забезпечують можливість не тільки оперативно встановлювати факт перевищення силою штамповки її припустимого значення, коли воно має місце, але і визначати причину такого перевищення, пов'язуючи її з переповненням металом штампів у зоні маточини чи обода, що дає конкретний напрямок подальшого коректування калібровки. 3. Удосконалено математичну модель розрахунку опору металу деформації в залежності від часу за рахунок її представлення у виді системи нелінійних диференціальних рівнянь із залежними від часу коефіцієнтами, що визначаються на основі кривих зміцнення. Показано, що отримане аналітичне співвідношення типу дає можливість виконувати апроксимацію й екстраполяцію значень опору металу деформації, а також враховувати характер процесу навантаження при розв’язанні задач обробки металів тиском. 4. Виконано експериментальні дослідження силових параметрів осадки, розгону і формування колісних заготовок для коліс 957 мм (за ГОСТ 9036–88) на пресах силою 50 МН і 100 МН по існуючій у колесопрокатному цеху ВАТ «ВМЗ» технології. Аналіз результатів експериментальних вимірів тисків і відповідних їм сил показав, що при осадці заготовок на гладких плитах у нижньому технологічному кільці, що плаває, сила, що дорівнює (46 – 47) МН, і при штамповці колісних заготовок у формувальних штампах сила, що дорівнює (89 – 90) МН, є близькими до припустимого на даних пресах. При розгоні заготовок пуансоном максимальні значення сил не перевищили (18 – 19) МН. Тому зроблений висновок про доцільність удосконалення технологічної схеми формування колісних заготовок, а також перерозподілу деформацій металу і, відповідно, силових навантажень між пресами силою 20 МН, 50 МН і 100 МН із метою одержання їх близькими до припустимих. 5. Виконано перевірку точності теоретичних формул розрахунку сил штамповки і ступеня заповнення металом штампів у зонах обода і маточини на формувальному пресі силою 100 МН стосовно даних, отриманих на основі експериментальної інформації. Порівняльний аналіз виконаний для завершального, найбільш відповідального етапу заповнення штампів, що відповідає максимальному значенню сили. Аналіз відносних похибок показав, що відхилення по силі рівні (10 – 15)%, а по ступеню заповнення штампів металом у зонах обода і маточини – до 2%, що свідчить про можливість використання розроблених формул для оперативної оцінки сил і формозміни при проектуванні калібровок інструменту деформації. 6. Показано, що функціонування методів комп'ютерного проектування калібровок по металу для переходів «заготовочний прес 50 МН – формувальний прес 100 МН» і «формувальний прес 100 МН – КПС» забезпечується математичними моделями розрахунку параметрів осередку деформації і координат точок спряжень контурів колісних заготовок, формозміни металу і сил штамповки, а також моделями вікон програм, у яких безпосередньо проектуються калібровки. Створено моделі вікон програм для проектування калібровок по металу для переходу «заготовочний прес 50 МН – формувальний прес 100 МН». Удосконалено моделі вікон програм для проектування контурів перетинів колісних заготовок, що є калібровками по металу для переходу «формувальний прес 100 МН – КПС», шляхом виключення роздільного розрахунку по верхній (що включає обід) і нижній (що включає маточину) її частинам, з наступним їхнім об'єднанням, що підвищило оперативність роботи калібрувальників і дозволило охопити більш широке коло варіантів конфігурацій дисків колісних заготовок. 7. Встановлено, що методи комп'ютерного проектування калібровок повинні включати наступні етапи: розробку калібровки по металу у вікні програми, у якому передбачена контрольна побудова контуру, що проектується, сполученого з попереднім контуром, на основі якого він створюється; розробку калібровки по інструменту деформації у вікні, у якому передбачена контрольна побудова тієї частини контуру інструмента, що обтискає метал, сполученої з контуром заготовки, що деформується; розробку креслення інструмента деформації у вікні, у якому додатково до отриманої на попередніх етапах інформації задаються габаритні і посадочні розміри штампів і валків. У методах передбачена автоматична передача цифрової інформації між вікнами. Тому можливо змінювати режими роботи, коректувати будь-які розміри в передбачених таблицях, виявляти технологічні помилки. Удосконалені методи забезпечують оперативність і наочність процесу проектування калібровок, знижують трудомісткість розрахунково-графічних робіт і терміни освоєння технологій штамповки і прокатки коліс. 8. Одержало подальший розвиток уявлення про механізм заповнення металом штампів у зонах обода і маточини при штамповці колісних заготовок. Показано, що в осередку деформації крім нейтральної лінії, відносно якої виконується рівність мас відповідних частин заготовки й одержуваної з неї колісної заготовки, має місце інша нейтральна лінія, відносно якої виконується рівність коефіцієнтів укова у відповідних частинах колісної заготовки. На основі експериментально-розрахункової інформації встановлено, що в частинах колісної заготовки, розділених нейтральною лінією, відносно якої виконується зазначена рівність мас, відхилення коефіцієнтів укова не перевищують (7 – 10)% від коефіцієнта укова по колісній заготовці в цілому. Отримані співвідношення дозволяють оперативно розробляти перші варіанти калібровок, які потім можливо аналізувати і допрацьовувати на основі створених моделей і удосконалених методів. 9. Запропоновано спосіб штамповки коліс малого діаметра (600 – 850) мм гребенем нагору на кільцебандажній лінії ВАТ «НТЗ» шляхом формування на пресі силою 40/20 МН диска колісної заготовки у вигнутому виді для вирівнювання обода щодо маточини з зовнішньої сторони колеса. Реалізація запропонованого способу забезпечила можливість транспортування колісних заготовок по неспеціалізованих рольгангах до прошивного (силою 8 МН) і формувального (силою 60 МН) пресів. Розроблені на основі створених моделей і даного способу калібровки були використані на ВАТ «НТЗ» при виконанні замовлень по штампуванню трьох профілерозмірів коліс 650 мм для підприємств Росії, Німеччині і Болгарії. 10. Удосконалено спосіб штамповки колісних заготовок на пресопрокатних лініях по виробництву коліс шляхом поділу процесу формування обода і маточини на два етапи, один із яких виконується при розгоні заготовки пуансоном і забезпечує одержання з її верхньої сторони не менш (75 – 85)% від об’єму відповідної частини обода і не менш 50% від об’єму відповідної частини маточини у відштампованій колісній заготовці, а інший виконується при її остаточній штамповці на формувальному пресі. Показано, що запропонована технологія штамповки забезпечує центрування заготовок, у яких з верхньої сторони попередньо підготовлена частина обода і маточини, виконуване верхнім формувальним кільцем. 11. Удосконалено технологічну схему одержання колісних заготовок на осадочному (20 МН), заготовочному (50 МН) і формувальному (100 МН) пресах шляхом осадки вихідних заготовок на пресі силою 20 МН у верхньому технологічному кільці, сполученої осадки–розгону заготовок верхньою фігурною плитою чи штампом з попереднім формуванням частини обода і маточини на пресі силою 50 МН, центрування отриманих заготовок верхнім формувальним кільцем і остаточної штамповки колісних заготовок з ободом, диском і маточиною на пресі силою 100 МН. На прикладі розробки технології штамповки колісних заготовок для коліс 957 мм із точних (відмінність за вагою до 5 кг) і зменшених по масі до (470 – 475) кг заготовок показано, що при цьому досягається, по-перше, близьке до припустимого силове навантаження на зазначених пресах і, по-друге, скорочення циклів на пресах силою 50 МН і 100 МН за рахунок виключення операцій центрівки нижнього технологічного кільця, розгону заготовок пуансоном, а також їхнього центрування триважільним центрувачем. 12. На основі створених моделей і методів виконане комп'ютерне проектування калібровок для штамповки і прокатки коліс 864 мм на пресопрокатній лінії КПЦ ВАТ «ВМЗ». Для переходу «заготовочний прес силою 50 МН – формувальний прес силою 100 МН» виконане нормування уковів в ободі і маточині для того, щоб їхні відхилення від середнього укова по профілю не перевищували ±2,5%, що дало практично одночасне заповнення штампів металом у зонах обода і маточини. Відповідно до заводського акта впровадження результатів дисертації, розроблені калібровки дозволили скоротити одну дослідну прокатку. По розроблених калібровках у 2003 році прокатано і відвантажено 1500 коліс 864 мм за стандартом AAR M-107-84. Очікуваний річний економічний ефект дорівнює 164,9 тис. грн. (частка здобувача – 82,5 тис. грн.). |
