Анализ формоизменения эллиптических стальных днищ при горячей штамповке : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук : 05.16.05

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………….……. 4
1 СОСТОЯНИЕ ПРОИЗВОДСТВА ГОРЯЧЕШТАМПОВАННЫХ
ЭЛЛИПТИЧЕСКИХ ДНИЩ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)……………………. 9
1.1 Требования к конструкции, материалу и качеству эллиптических
днищ. Требования нормативной документации……………………………. 9
1.2 Разработка технологического процесса горячей штамповки
эллиптических днищ…………………………………………………………. 14
1.3 Основные этапы штамповки эллиптических днищ……………………. 26
1.4 Контроль качества горячештампованных эллиптических днищ……… 28
1.5 Факторы, влияющие на изменение толщины стенки эллиптических
днищ при горячей штамповке………………………………………………. 31
1.6 Результаты ранее проведенных исследований изменения толщины
стенки днищ при горячей штамповке………………………………………. 35
1.7 Возможности компьютерного моделирования процессов обработки
металлов давлением………………………………………………………… 40
1.8 Выводы, постановка целей и задач исследования……………………… 42
2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ФОРМОИЗМЕНЕНИЯ
ЭЛЛИПТИЧЕСКИХ ДНИЩ ПРИ ГОРЯЧЕЙ ШТАМПОВКЕ……………… 44
2.1 Методика проведения эксперимента……………………………………. 44
2.2 Результаты экспериментального исследования………………………… 49
2.3 Анализ результатов экспериментального исследования………………. 64
2.4 Влияние зазора между сменным кольцом и пуансоном на форму
эллиптических днищ…………………………………………………………. 65
2.5 Статистическая оценка экспериментальных данных………………….. 67
2.6 Выводы……………………………………………………………………. 75
3 КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ГОРЯЧЕЙ
ШТАМПОВКИ ЭЛЛИПТИЧЕСКОГО ДНИЩА…………………………….. 77
3.1 Постановка задачи………………………………………………………… 77
3.2 Результаты компьютерного моделирования. Сопоставление
результатов теоретического и экспериментального исследований……….. 79
3.2.1 Форма модели штампованного днища…………………………….. 80
3.2.2 Силовые параметры рассчитанного процесса штамповки……….. 80
3.2.3 Изменение толщины модели штампованного днища…………….. 83
3.2.4 Анализ распределения показателей напряженно-
деформированного состояния по объему днища………………………… 87
3.3 Выводы……………………………………………………………………. 91
4 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА…… 93
4.1 Защита поверхности заготовок при помощи покрытий……………….. 93
4.2 Изготовление многослойной заготовки………………………………… 96
4.3 Оценка качества горячештампованных эллиптических днищ с
использованием комплексных показателей………………………………… 97
4.4 Выводы……………………………………………………………………. 105
ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………… 107
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ……………………………………………………… 109
Приложение. Акт о внедрении результатов диссертационной работы…….. 124

По итогам выполненного исследования можно заключить, что
поставленные цели и задачи выполнены в полном объеме.
1. Проведено широкое экспериментальное исследование фактической
разнотолщинности крупногабаритных эллиптических горячештампованных днищ
для различных групп сталей, при различных режимах обработки. В рамках
эксперимента исследовано 60 днищ, изменение толщины стенки при штамповке
определено в 3500 точках, рассмотрены следующие марки сталей: Ст3, 20ЮЧ,
09Г2С, 12Х18Н10Т, SA-240 Type 304L, сталь марки 12ХМ с плакирующим слоем
из стали марки 08Х18Н10Т, сталь марки 22К с плакирующим слоем из стали
марки 08Х18Н10Т.
2. Выявлена зависимость параметров формоизменения днищ от группы
марки стали, из которой изготовлено днище. Также исследованы закономерности
формоизменения днищ из двухслойного стального листа.
3. В результате экспериментального исследования получены следующие
новые закономерности, оформленные в виде регрессионных зависимостей:
 наименьшее относительное утонение 1,5% имеют днища из аустенитных
сталей марок 12Х18Н10Т, SA-240 Type 304L, штампованные в два перехода. Зона
с максимальным утонением расположена в эллиптической части (угол
ориентировки ~50° от центральной оси днища);
 максимальное утонение днищ из углеродистых и низколегированных
марганцово-кремнистых сталей марок Ст3, 09Г2С, штампованных в один переход,
достигает 3,4%, штампованных в два перехода, – 4,3%. Угол ориентировки зоны с
максимальным утонением составляет ~43° относительно центральной оси днища;
 величина и характер распределения утонения днищ из двухслойного
стального листа (сталь марки 12ХМ с плакирующим слоем из стали марки
08Х18Н10Т, сталь марки 22К с плакирующим слоем из стали марки 08Х18Н10Т)
соответствуют днищам из углеродистых и низколегированных марганцово-
кремнистых сталей.
4. Для получения минимальной толщины стенки днища, обеспечивающей
необходимую прочность сосуда или аппарата, при расчете исполнительной
толщины днищ из аустенитных сталей технологическую прибавку для
компенсации утонения стенки при штамповке допускается снизить c 15% до 7%,
для днищ из углеродистых и низколегированных сталей – до 10%. Что
обеспечивает значительное снижение металлоемкости.
5. Разработана трехмерная компьютерная модель процесса горячей
штамповки эллиптического днища с размерами 1600×28 мм из стали
12Х18Н10Т с использованием программного комплекса DEFORM-3D.
Сопоставление результатов компьютерного моделирования с результатами
экспериментального исследования показало достаточную сходимость по силовым
параметрам и по разнотолщинности днищ.
6. Разработана методика комплексной оценки качества
горячештамповочных эллиптических днищ с использованием принципов
квалиметрии.
7. Разработаны мероприятия, направленные на совершенствование
существующего технологического процесса изготовления горячештампованных
днищ, в том числе на уменьшение утонения стенки днищ.
8. Внедрение результатов работы в производство обеспечит снижение
расходов на производство эллиптических горячештампованных днищ из
углеродистых и низколегированных сталей на 3 121 460 руб. в год, из
аустенитных сталей – на 16 683 108 руб. в год, что подтверждено актом внедрения
результатов диссертационной работы.
Перспективой дальнейшей разработки темы является исследование
особенностей и закономерностей деформирования при горячей штамповке
крупногабаритных деталей другой формы, например, полусферических днищ,
применяемых в химической и нефтяной аппаратуре.