Підвищення продуктивності пластичного формоутворення з латуні вісесиметричних виробів із змінною товщиною стінки великої довжини

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.advisorКалюжний, Володимир Леонідович
dc.contributor.authorЯрмоленко, Олександр Сергійович
dc.date.accessioned2024-02-13T13:43:22Z
dc.date.available2024-02-13T13:43:22Z
dc.date.issued2023
dc.description.abstractЯрмоленко О.С. Підвищення продуктивності пластичного формоутворення з латуні вісесиметричних виробів із змінною товщиною стінки великої довжини. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії галузі знань 13 – механічна інженерія за спеціальністю 131 “Прикладна механіка” - Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського” МОН України, Київ, 2023. Дисертація присвячена дослідженню способів підвищення продуктивності процесів пластичного формоутворення з латуні вісесиметричних виробів із змінною товщиною стінки великої довжини, використовуючи інструмент спеціального профілю, для зменшення кількості переходів витягування з потоншенням та обтиску при їх виготовленні. Проведено аналіз літературних джерел по існуючих технологіях пластичного формоутворення виробів зі змінною товщиною стінки. Технології включають в себе операції гарячого осаджування циліндричної заготовки і подальшого зворотного видавлювання порожнистого напівфабрикату, наступних переходів витягування з потоншенням та обтиску. Сформульована мета роботи та завдання на проведення досліджень. Вперше з використанням методу скінченних елементів проведено розрахунковий аналіз переходів гарячого осаджування та подальшого зворотного видавлювання з роздачою вісесиметричного порожнистого напівфабрикату з урахуванням накопичених деформацій після осаджування. Отримано силові режими, розподіли питомих зусиль на інструменті, напружено-деформований стану металу. Встановлено швидкість деформування для витримки режиму гарячої деформації. Отримано кінцеві форма та розміри напівфабрикатів, при цьому у напівфабрикаті після видавлювання передбачено виступ на торці донної частини для подальшого формоутворення фланцю. Адекватність математичних моделей гарячого зворотного видавлювання порожнистих напівфабрикатів перевірена шляхом виконання експериментальних робіт по гарячому пластичному формоутворенню порожнистих виробів із високоміцного алюмінієвого сплаву. В результаті проведених досліджень отримано вироби необхідної форми і заданим пропрацюванням структури металу гарячою пластичною деформацією для отримання заданих механічних властивостей у стінці і донній частині. Вперше з використанням методу скінчених елементів і застосуванням пуансону спеціального профілю було проведено моделювання переходу витягування з потоншенням через дві послідовно розташовані матриці і та переходу витягування через одну матрицю. Отримав подальший розвиток розрахунковий аналіз витягування з потоншенням через одну матрицю традиційним пуансоном із забезпеченням отримання необхідної форми напівфабрикату для подальшого обтиску та заданими механічними властивостями здеформованого металу в стінці. Застосування пуансонів спеціального профілю, у яких бічна поверхня виконана у вигляді послідовно розташованих виступів і впадин, на переходах витягування дозволило створити тягнуче зусилля за стінку напівфабрикатів за рахунок заповнення здеформованим металом впадин на поверхні пуансонів, зменшити величини осьових напружень в місці переходу стінки у донну частину і провести розвантаження її і тим самим збільшити ступінь деформації на переходах витягування та скоротити кількість переходів витягування з потоншенням. При цьому зменшується величина викривлення донної частини при витягуванні. На переходах витягування з потоншенням встановлені граничні ступені деформації, які забезпечили холодне пластичне формоутворення напівфабрикатів без руйнування. Виявлені залежності зусиль витягування від переміщення пуансонів, залежності зусиль знімання напівфабрикатів з пуансонів, напруженодеформований стан металу та форми і розміри отриманих напівфабрикатів. При цьому на останньому переході витягування з потоншенням встановлено розміри стінки по висоті, які забезпечують потрібні розміри виробу після виконання обтиску. Третій перехід витягування здійснювався пуансоном з циліндричною поверхнею щоб звести до мінімуму механічну обробку після кінцевого обтиску. На всіх переходів витягування з потоншенням використовували конічні бандажовані матриці. Після першого переходу витягування з потоншенням через дві послідовно розташовані матриці в зв’язку зі значним викривленням донної частини запропоновано виконання калібрування (вирівнювання) цієї частини напівфабрикату Для цього моделюванням методом скінченних елементів визначено величину потрібного зусилля калібрування і додаткове пропрацювання структури металу холодною пластичною деформацією та виявлені форма і розміри напівфабрикату. Для інженерних розрахунків параметрів витягування з потоншенням пуансоном спеціального профілю з використанням методу балансу потужностей та методу спільного вирішення наближених диференційних рівнянь рівноваги з умовою пластичності вперше проведено теоретичний аналіз такого процесу. З урахуванням дії сил тертя та зміцнення металу при холодному пластичному формоутворенні отримані аналітичні залежності, за допомогою яких можна визначити напруження на контактуючих поверхнях та зусилля деформування. В умовах напівгарячої деформації методом скінчених елементів проведено моделювання процесу осаджування фланцю із виступу на торці донної частини напівфабрикату, який був отриманий на першому переході гарячого осаджування циліндричної заготовки. Визначено напруження і деформації по об’єму фланцю та в області переходу фланцю у донну частину напівфабрикату. Пропрацювання структури металу напівгарячою деформацією оцінено по розподілу інтенсивності деформації. Формоутворення в умовах напівгарячої пластичної деформації дозволяє створити необхідну макроструктуру в здеформованому металі в області переходу фланцю у донну частину і забезпечити необхідні службові властивості виробу при багаторазовому його використанні, а також забезпечує зменшення зусилля. Визначено зусилля осаджування, питомі зусилля на деформуючому інструменті та роботу деформації. Вперше проведено розрахунковий аналіз процесу обтиску з врахуванням накопичених деформацій в здеформованому металі напівфабрикату після третього переходу витягування з потоншенням. Виявлено залежність зусилля обтиску від переміщення інструменту при формоутворенні і величини питомих зусиль на поверхні інструменту. Встановлено кінцевий розподіл напружено-деформованого стану у виробі. Визначення геометричних характеристик виробу було проведено з урахуванням пружної деформації. В результаті обтиску вдалося отримати виріб потрібної форми і розмірів та заданими механічними властивостями в стінці. Таким чином, комп’ютерним моделюванням за допомогою методу скінченних елементів отримано всі необхідні дані для проектування високопродуктивної технології і штампового оснащення для виготовлення з латуні ЛК 75 порожнистих виробів зі змінною товщиною стінки великої довжини: зусилля - для вибору пресового обладнання; питомі зусилля – для проектування штампового оснащення і прогнозування стійкості деформуючого інструменту; форма і розміри та розподіли напружень, деформацій і ступеню використання ресурсу пластичності у здеформованому металі – для оцінки якості напівфабрикатів і виробу, Для розглянутих переходів штампування було розроблено та спроектовано конструкції штампів, які забезпечують отримання напівфабрикатів та виробу необхідної форми і розмірів: штамп для гарячого осаджування циліндричної заготовки; штамп для гарячого зворотного видавлювання з охолодженням деформуючого інструменту; штамп для першого витягування з потоншенням через дві послідовно розташовані матриці та використанням пуансону з поверхнею спеціального профілю; штамп для вирівнювання донної частини напівфабрикату після першого переходу витягування з потоншенням; штампи для другого витягування з потоншенням з пуансоном з поверхнею спеціального профілю тільки на його конічній частині та третього переходу витягування з потоншенням через одну матрицю та пуансоном з циліндричною поверхнею; штамп для осадження фланця; штамп для обтиску стінки напівфабрикату. Результати досліджень використані у виробничих умовах в корпорації «Таско» м. Київ (акт про використання від 14.04.2023 №170). Запропонована технологія в порівнянні з існуючими забезпечує, більш високу продуктивність виготовлення гільзи, економію металу та може використана на виробництві. А також застосовуються у навчальному процесі в КПІ ім. Ігоря Сікорського при підготовці бакалаврів і магістрів по спеціальності 131 – прикладна механіка (акт про використання від 05.05.2023).
dc.description.abstractotherYarmolenko O.S. Increasing the productivity of plastic formation of axisymmetric brass products with variable wall thickness of long lengths. – Qualifying scientific work on manuscript rights. Dissertation for the degree of Doctor of Philosophy in the field of knowledge 13 - mechanical engineering, specialty 131 "Applied mechanics" - National Technical University of Ukraine "Ihor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute" MES of Ukraine, Kyiv, 2023. The dissertation is devoted to the study of methods of increasing the productivity of the processes of plastic formation of axisymmetric brass products with a variable wall thickness of a long length, using a special profile tool, to reduce the number of drawing transitions with thinning and crimping during their manufacture. The analysis of literary sources on existing technologies of plastic formation of products with variable wall thickness was carried out. The technologies include the operations of hot deposition of a cylindrical workpiece and subsequent reverse extrusion of a hollow semi-finished product, subsequent drawing transitions with thinning and crimping. The purpose of the work and tasks for conducting research are formulated. For the first time, using the finite element method, a calculation analysis of the transitions of hot setting and subsequent reverse extrusion with the distribution of an axisymmetric hollow semi-finished product was carried out, taking into account the accumulated deformations after setting. Power modes, specific force distributions on the tool, stress-strain state of the metal were obtained. The deformation rate is set to withstand the hot deformation mode. The final shape and dimensions of the semifinished products are obtained, while the semi-finished product, after extrusion, has a protrusion on the end of the bottom part for further shaping of the flange. The adequacy of mathematical models of hot reverse extrusion of hollow semifinished products was verified by performing experimental work on hot plastic molding of hollow products from high-strength aluminum alloy. As a result of the conducted research, products of the required shape were obtained by the specified processing of the metal structure by hot plastic deformation to obtain the specified mechanical properties in the wall and bottom part. For the first time, with the use of the finite element method and the use of a punch of a special profile, the simulation of the transition of drawing with thinning through two sequentially located matrices and the transition of drawing through one matrix was carried out. The calculation analysis of drawing with thinning through one matrix by a traditional punch with the provision of obtaining the required shape of the semi-finished product for further crimping and given mechanical properties of the deformed metal in the wall has received further development. The use of punches of a special profile, in which the side surface is made in the form of sequentially located protrusions and depressions, at the drawing transitions made it possible to create a pulling force for the wall of semi-finished products due to filling the depressions on the surface of the punches with deformed metal, to reduce the values of axial stresses at the point of transition of the wall to the bottom part and unload it and thereby increase the degree of deformation at the drawing transitions and reduce the number of drawing transitions with thinning. At the same time, the amount of curvature of the bottom part during extraction decreases. At the transitions of drawing with thinning, the limit degrees of deformation are set, which ensured cold plastic molding of semi-finished products without destruction. The dependences of the pulling forces on the movement of the punches, the dependences of the forces on the removal of semi-finished products from the punches, the stress-deformed state of the metal and the shape and size of the obtained semifinished products have been revealed. At the same time, at the last step of drawing with thinning, the dimensions of the wall in height are set, which ensure the required dimensions of the product after crimping. The third drawing pass was performed with a punch with a cylindrical surface to minimize machining after final crimping. Conical banded matrices were used at all drawing transitions with thinning. After the first transition of drawing with thinning through two sequentially located matrices in connection with significant distortion of the bottom part, it is proposed to carry out calibration (alignment) of this part of the semi-finished product. For this, the amount of the required calibration force was determined by finite element modeling and additional processing of the metal structure by cold plastic deformation and revealed shape and dimensions of the semi-finished product. For engineering calculations of drawing parameters with punch thinning of a special profile using the power balance method and the method of joint solution of approximate differential equations of equilibrium with the condition of plasticity, a theoretical analysis of such a process was carried out for the first time. Taking into account the effect of frictional forces and strengthening of metal during cold plastic forming, analytical dependencies are maintained, which can be used to determine the stress on the contacting surfaces and the deformation force. In the conditions of semi-hot deformation, the simulation of the deposition process of the flange from the protrusion on the end of the bottom part of the semifinished product, which was obtained at the first transition of the hot deposition of the cylindrical workpiece, was carried out using the finite element method. Stresses and deformations along the volume of the flange and in the region of the transition of the flange into the bottom part of the semi-finished product are determined. The working of the metal structure by semi-hot deformation is estimated by the distribution of the intensity of the deformation. Forming in the conditions of semi-hot plastic deformation allows to create the necessary macrostructure in the deformed metal in the region of the transition of the flange to the bottom part and to ensure the necessary service properties of the product during its repeated use, and also ensures a reduction in force. The deposition force, the specific force on the deforming tool and the deformation work were determined. For the first time, a calculated analysis of the crimping process was carried out, taking into account the accumulated deformations in the deformed metal of the semifinished product after the third drawing transition with thinning . The dependence of the crimping force on the movement of the tool during forming and the magnitude of the specific forces on the surface of the tool was revealed. The final distribution of the stress-strain state in the product is established. Determination of the geometric characteristics of the product was carried out taking into account the elastic deformation. As a result of crimping, it was possible to obtain a product of the desired shape and size and with the specified mechanical properties in the wall. Thus, computer modeling using the finite element method obtained all the necessary data for the design of high-performance technology and stamping equipment for the manufacture of hollow products with variable wall thickness of large length from LK 75 brass: effort - for the selection of press equipment; specific effort - for designing die equipment and predicting the stability of the deforming tool; the shape and dimensions and distributions of stresses, deformations and the degree of use of the plasticity resource in the deformed metal - to assess the quality of semi-finished products and products. For the considered stamping transitions, die structures were developed and designed, which ensure the production of semi-finished products and products of the required shape and size: a die for hot deposition of a cylindrical workpiece; stamp for hot reverse extrusion with cooling of the deforming tool; a stamp for the first drawing with thinning through two successively located matrices and using a punch with a surface of a special profile; stamp for leveling the bottom part of the semi-finished product after the first drawing transition with thinning; stamp for the second drawing with thinning with a punch with a surface of a special profile only on its conical part and the third drawing transition with thinning through one matrix and a punch with a cylindrical surface; stamp for depositing the flange; stamp for crimping the wall of the semi-finished product. The research results were used in production conditions at the corporation "Tasco" in Kyiv (act on use dated 04.14.2023 No. 170). The proposed technology, in comparison with the existing ones, provides a higher productivity of sleeve manufacturing, saving metal and can be used in production. And they are also used in the educational process at KPI named after Igor Sikorsky in the preparation of bachelors and masters in specialty 131 – applied mechanics (use act dated 05.05.2023).
dc.format.extent257 с.
dc.identifier.citationЯрмоленко, О. С. Підвищення продуктивності пластичного формоутворення з латуні вісесиметричних виробів із змінною товщиною стінки великої довжини : дис. … д-ра філософії : 131 Прикладна механіка / Ярмоленко Олександр Сергійович. – Київ, 2023. – 257 с.
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/64519
dc.language.isouk
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорського
dc.publisher.placeКиїв
dc.subjectметод скінченних елементів
dc.subjectгаряче осаджування
dc.subjectгаряче зворотне видавлювання
dc.subjectхолодне витягування з потоншенням
dc.subjectобтиск
dc.subjectпуансон спеціального профілю
dc.subjectнапівфабрикат
dc.subjectштампове оснащення
dc.subjectвиріб зі стінкою змінної товщини
dc.subjectfinite element method
dc.subjecthot deposition
dc.subjecthot reverse extrusion
dc.subjectcold drawing with thinning
dc.subjectcrimping
dc.subjectspecial profile punch
dc.subjectsemi-finished product
dc.subjectdie equipment
dc.subjectproduct with variable wall thickness
dc.subject.udc621.73
dc.titleПідвищення продуктивності пластичного формоутворення з латуні вісесиметричних виробів із змінною товщиною стінки великої довжини
dc.typeThesis Doctoral

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
Yarmolenko_dys.pdf
Розмір:
12.6 MB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
8.98 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Дисертації (ТВЛА)
Дисертації (вільний доступ)