Підвищення продуктивності та зниження витрат металу при штампуванні із маловуглецевої сталі заготовок гільз для снарядів середнього калібру

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.advisorКалюжний, Володимир Леонідович
dc.contributor.authorСитник, Станіслав Володимирович
dc.date.accessioned2025-06-20T12:41:22Z
dc.date.available2025-06-20T12:41:22Z
dc.date.issued2025
dc.description.abstractСитник С. В. Підвищення продуктивності та зниження витрат металу при штампуванні із маловуглецевої сталі заготовок гільз для снарядів середнього калібру. 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, 2025. Дисертація присвячена дослідженню способів підвищення продуктивності процесів пластичного формоутворення зі сталі вісесиметричних виробів із змінною товщиною стінки, використовуючи спосіб гарячого витягування з потоншенням, для зменшення кількості переходів витягування з потоншенням при їх виготовлені, а також дослідженню способів зменшення витрат металу при виготовленні вказаних виробів. Проведено аналіз літературних джерел по існуючих технологіях пластичного формоутворення виробів зі змінною товщиною стінки. Технології включають в себе операції гарячого осаджування і подальшого зворотного видавлювання з роздачою порожнистих напівфабрикатів, витягування з потоншенням та кінцеву операцію обтиску. Вперше використовуючи метод скінченних елементів проведено розрахунковий аналіз переходів гарячого осаджування та подальшого зворотного видавлювання круглих порожнистих напівфабрикатів із заготовки квадратного перерізу з маловуглецевої сталі. Для проектування робочого інструменту проаналізовано розподіл нормальних напружень на контактуючих поверхнях напівфабрикату з деформуючим інструментом. Встановлено температуру підігріву деформуючого інструменту та швидкість деформування, які забезпечують пластичне формоутворення в умовах гарячої деформації. Визначено початкову температуру нагріву заготовок і температурний розподіл в них в кінці процесу деформування. Визначено енерго-силові режими деформування і зусилля вилучення деформованих заготовок із штампів, розподіли питомих зусиль на пуансонах, матрицях і виштовхувачах. Встановлено кінцеві форми та розміри напівфабрикатів з розподілами напружень і деформацій. Виявлено, що зворотне видавлювання заготовок квадратного перерізу без попереднього осаджування кутових зон призводить до формоутворення виступів на верхньому торці порожнистого виробу, що негативно впливає на подальші операції витягування з потоншенням, а введення додаткової операції торцювання виступів призведе до значних витрат металу у відхід, що є неприпустимим у масовому виробництві. За допомогою аналізу розподілу інтенсивності деформацій порівняно характер пропрацювання структури матеріалу донної частини напівфабрикатів після гарячого зворотного видавлювання заготовок круглого та квадратного перерізів. Використання квадратної заготовки забезпечує більш інтенсивне пропрацювання структури металу пластичною деформацією у донних частинах і стінках виробів. З використанням методу скінченних елементів проведено розрахунковий аналіз подальших переходів штампування напівфабрикатів після операції зворотного видавлювання, а саме гарячого та холодного витягування з потоншенням з отриманням напівфабрикатів потрібної форми для виконання кінцевого переходу обтиску з необхідним пропрацюванням структури металу пластичною деформацією та досягненням заданих механічних властивостей по висоті стінки гільзи і піддону. Встановлено залежності зусиль витягування від переміщень пуансонів, форми і розміри напівфабрикатів після витягування та розподіли інтенсивності деформацій для оцінки пропрацювання структури металу пластичною деформацією. Визначено необхідність переходу вирівнювання донної частини формоутворення напівфабрикату гільзи після операції гарячого витягування з потоншенням через дві послідовно розташовані матриці, оскільки внаслідок деформування відбувається викривлення дна на зовні, що не дає змоги встановити отриманий напівфабрикат в робочу зону матриці для виконання операції холодного витягування з потоншенням. Вперше проведено моделювання методом скінченних елементів процесів кінцевого переходу обтиску з одночасним осаджуванням фланців на донній частині заготовок гільзи з урахуванням накопичених деформацій в напівфабрикатах після витягування з потоншенням. Встановлено зусилля деформування, розподіли інтенсивності деформації та кінцеві форми і розміри заготовки гільзи. Доведено, що із виступу на донній частині, який було сформовано при переході гарячого зворотного видавлювання можливо отримати фланець необхідної форми та розмірів. Для досліджених переходів формоутворення піддону було розроблено та спроектовано конструкції штампів, які забезпечують отримання необхідних форм та розмірів напівфабрикатів. Штамп для гарячого зворотного видавлювання заготовки круглого перерізу. В штампі передбачено водяне охолодження матриці для тривалої роботи штампа. Також в конструкції штампа передбачено можливість формоутворення спеціального виступу на донній частині напівфабрикату. Штамп для гарячого витягування з потоншенням через одну матрицю. В штампі передбачено знімачі для зняття напівфабрикату при зворотному ході пуансона. Штамп для холодного витягування з потоншенням через одну матрицю. В штампі передбачено знімачі для зняття напівфабрикату при зворотному ході пуансона. Штамп для одночасного гарячого формоутворення осаджуванням фасок на заготовці квадратного перерізу і видавлювання круглого порожнистого напівфабрикату. В штампі передбачено механізм зняття напівфабрикату з пуансона або виштовхування напівфабрикату з матриці. Штамп для гарячого витягування з потоншенням через дві послідовно розташовані матриці. В штампі передбачено знімачі для знятт напівфабрикату при зворотному ході пуансона. Для вилучення напівфабрикату з робочої зони передбачено вікно необхідних розмірів. Для кожної операції формоутворення напівфабрикатів було підібрано обладнання яке забезпечить необхідну швидкість та зусилля деформування, робочу зону для встановлення штампового оснащення. Після проведення експерименту на отриманих виробах було вирізано зразки згідно вимог креслення на яких було проведено випробування на розтяг. За результатами розтягу зразків було отримано наступні дані: відносне подовження, межа міцності, умовна межа текучості і твердість. Отримані дані було порівняно з вимогами, які вказано на кресленні деталі для встановлення досягнення необхідних механічних характеристик.
dc.description.abstractotherSytnyk S. V. Increasing productivity and reducing metal consumption when stamping blanks for medium-caliber shells from low-carbon steel. Dissertation for the degree of Doctor of Philosophy in the field of knowledge 13 - Mechanical Engineering in the specialty 131 “Applied Mechanics” - National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute” MES of Ukraine, Kyiv, 2025. The dissertation is devoted to the study of methods for increasing the productivity of processes for plastic forming of steel axisymmetric products with variable wall thickness, using the method of hot drawing with thinning, to reduce the number of drawing transitions with thinning during their manufacture, as well as to the study of methods for reducing metal consumption in the manufacture of these products. An analysis of literary sources on existing technologies of plastic forming of products with variable wall thickness was conducted. The technologies include operations of hot deposition and subsequent reverse extrusion with the distribution of hollow semi-finished products, drawing with thinning and the final crimping operation. For the first time, using the finite element method, a computational analysis of the transitions of hot deposition and subsequent reverse extrusion of round hollow semi-finished products from a square-section billet made of low-carbon steel was carried out. To design the working tool, the distribution of normal stresses on the contacting surfaces of the semi-finished product with the deforming tool was analyzed. The heating temperature of the deforming tool and the deformation rate were established, which ensure plastic shaping under hot deformation conditions. The initial heating temperature of the billets and the temperature distribution in them at the end of the deformation process were determined. The energy-force modes of deformation and the forces for removing deformed billets from dies were determined, the distributions of specific forces on punches, matrices and ejectors were determined. The final shapes and dimensions of the semi-finished products with the distributions of stresses and strains were established. It was found that the reverse extrusion of square-section blanks without prior deposition of corner zones leads to the formation of protrusions on the upper end of the hollow product, which negatively affects subsequent operations of drawing with thinning, and the introduction of an additional operation of facing the protrusions will lead to significant metal waste, which is unacceptable in mass production. Using the analysis of the distribution of deformation intensity, the nature of the development of the structure of the material of the bottom part of semi-finished products after hot reverse extrusion of round and square-section blanks was compared. The use of a square blank provides a more intensive development of the metal structure by plastic deformation in the bottom parts and walls of the products. Using the finite element method, a computational analysis of further transitions of stamping semi-finished products after the reverse extrusion operation, namely hot and cold drawing with thinning, was carried out to obtain semi-finished products of the desired shape for performing the final crimping transition with the necessary development of the metal structure by plastic deformation and achieving the specified mechanical properties along the height of the sleeve wall and pallet. The dependences of the drawing forces on the displacements of the punches, the shapes and dimensions of the semi-finished products after drawing, and the distribution of the intensity of deformations were established to assess the development of the metal structure by plastic deformation. The need for a transition to align the bottom part of the sleeve semi-finished product after the hot drawing with thinning operation through two consecutively arranged matrices was determined, since as a result of deformation, the bottom is curved outward, which does not allow installing the obtained semi-finished product in the working zone of the matrix for performing the cold drawing with thinning operation. For the first time, finite element modeling of the processes of the final crimping transition with simultaneous deposition of flanges on the bottom part of the sleeve blanks was carried out, taking into account the accumulated deformations in the semi-finished products after drawing with thinning. The deformation forces, deformation intensity distributions and final shapes and dimensions of the sleeve blank were established. It was proved that from the protrusion on the bottom part, which was formed during the hot reverse extrusion transition, it is possible to obtain a flange of the required shape and dimensions. For the studied transitions of the pallet forming, die designs were developed and designed, which ensure the obtaining of the required shapes and dimensions of the semi-finished products. A die for hot reverse extrusion of a round-section blank. The die provides for water cooling of the die for long-term operation of the die. The die design also provides for the possibility of forming a special protrusion on the bottom part of the semi-finished product. A die for hot drawing with thinning through one die. The die is provided with pullers for removing the semi-finished product during the reverse stroke of the punch. A die for cold drawing with thinning through one die. The die is provided with pullers for removing the semi-finished product during the reverse stroke of the punch. A die for simultaneous hot forming by depositing chamfers on a squaresection workpiece and extruding a round hollow semi-finished product. The die is provided with a mechanism for removing the semi-finished product from the punch or pushing the semi-finished product out of the die. A die for hot drawing with thinning through two consecutive dies. The die is provided with pullers for removing the semi-finished product during the reverse stroke of the punch. A window of the required size is provided for removing the semi-finished product from the working area. For each operation of forming semi-finished products, equipment was selected that would provide the necessary speed and deformation force, a working area for installing die equipment. After conducting an experiment on the obtained products, samples were cut according to the requirements of the drawing, on which tensile tests were conducted. According to the results of tensile testing of the samples, the following data were obtained: relative elongation, tensile strength, yield strength and hardness. The obtained data were compared with the requirements specified in the drawing of the part to establish the achievement of the required mechanical characteristics.
dc.format.extent265 с.
dc.identifier.citationСитник, С. В. Підвищення продуктивності та зниження витрат металу при штампуванні із маловуглецевої сталі заготовок гільз для снарядів середнього калібру : дис. … д-ра філософії : 131 Прикладна механіка / Ситник Станіслав Володимирович. – Київ, 2025. – 265 с.
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/74359
dc.language.isouk
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорського
dc.publisher.placeКиїв
dc.subjectгаряче осаджування
dc.subjectгаряче зворотне видавлювання
dc.subjectгаряче витягування з потоншенням
dc.subjectхолодне витягування з потоншенням
dc.subjectобтиск
dc.subjectгільза
dc.subjectпіддон
dc.subjectнапруження
dc.subjectдеформації
dc.subjectенерго-силові режими деформування
dc.subjectнормальні напруження
dc.subjectкритерій руйнування
dc.subjecthot deposition
dc.subjecthot reverse extrusion
dc.subjecthot drawing with thinning
dc.subjectcold drawing with thinning
dc.subjectcrimping
dc.subjectsleeve
dc.subjectpallet
dc.subjectstresses
dc.subjectdeformations
dc.subjectenergyforce deformation modes
dc.subjectnormal stresses
dc.subjectfailure criterion
dc.subject.udc621.73
dc.titleПідвищення продуктивності та зниження витрат металу при штампуванні із маловуглецевої сталі заготовок гільз для снарядів середнього калібру
dc.typeThesis Doctoral

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
Sytnyk_dys.pdf
Розмір:
10.6 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)