Розглянуто комплексний підхід до забезпечення точності виконання розділових і формоутворюючих операцій шляхом визначення раціональних конструкторсько-технологічних параметрів процесів пневмоударного штампування в умовах багатономенклатурного виробництва при дискретно-нестабільних програмах випуску. Подано перелік та закономірності впливу основних конструктивно-технологічних параметрів оснащення на показники форми, розмірної точності та шорсткості виробів. Наведено науково- методологічні підходи до визначення граничного ступеня витягування, закономірностей взаємодії між передавальним рідким або еластичним середовищем, тонколистовою заготовкою та робочими елементами оснащення при пневмоударному штампуванні.

Проаналізовано основні тенденції обробки заготовок пластичним деформуванням, виявлено, що листове штампування широко застосовують у багатьох галузях машинобудування. Однак, руйнування робочих деталей штампа в серійному або в масовому виробництві суттєво впливає на продуктивність цього процесу. Так, під час роботи пуансони піддаються впливу високих силових навантажень, тому їх виготовляють зі зносостійкої сталі з підвищеною міцністю і прогартованістю. Але, як і будь-який інструмент з довготривалим навантаженням, пуансон і матриця практично завжди піддаються сумісній дії двох руйнівних процесів - зношування та втоми, а термін їх експлуатації обмежений кількістю ударів штампа. Методом скінченних елементів досліджено вплив властивостей матеріалу пуансона штампа холодного листового штампування на процес пробивання отвору у виробі із листового матеріалу. Дослідження проводили для п'яти різних матеріалів, пуансон піддавався навантаженням від зміни товщини листа. При цьому відстежувалися максимальні напруження, можливі переміщення, а також деформації, що впливають на стійкість інструменту. При довготривалій роботі штампа в найслабшій зоні пуансона виникає значна концентрація напружень, що стає причиною зминання його нижньої частини і породжує сили, які діють у напрямку до осі пуансона. Такі деформації зазвичай призводять до перекосу зазору між пуансоном і матрицею та, відповідно, підвищують сили тертя в зонах контакту. Визначено параметри зазору, що залежать від механічних властивостей і товщини матеріалу, а також режиму роботи преса (числа подвійних ходів повзуна на хвилину). Розглянуто залежність впливу матеріалу пуансона й параметрів зазору між пуансоном і матрицею на якість виготовлених деталей та продуктивність роботи штампа. Визначено максимальну можливу кількість ударів пуансона до перезаточування. Проведено розрахунково-аналітичний аналіз стійкості інструменту при зміні матеріалу та товщини листа, а також в залежності від твердості матеріалу інструменту. Отримані результати досліджень проаналізовано, змістовно обгрунтовано і описано в статті. Подано рекомендації щодо врахування властивостей матеріалу пуансона під час проєктування штампів.

Удосконалено конструкції еластомірних компенсаторів похибок системи "прес-штамп" для забезпечення їх ефективності під час листового штампування з позацентровими навантаженнями на повзун. Проаналізовано та систематизовано відомі конструкції компенсаторів системи "прес-штамп", визначено їх технологічні можливості за принципи дії. Проведено теоретичний та експериментальний аналізи напружено-деформованого стану у несучих деталях преса відкритого типу за позацентрових навантаженнях на повзун. Встановлено вилив ексцентриситету навантаження повзуна на деформацію станини та напруження у її небезпечному перерізі. Запропоновано класифікацію існуючих конструкцій: розроблено новий принцип дії компенсаторів (паралельного перенесення вектора технологічної сили), запропоновано типову конструкцію компенсатора позацентрових навантажень та перевірено його працездатність; встановлено вплив параметрів форми та швидкості деформації поліуретанових елементів на силові характеристики їх стиснення; розроблено методики розрахунку запропонованих еластомірних компенсаторів. Промислові випробування показали підвищення якості штампування.

Увагу приділено вирішенню важливого науково-технічного завдання забезпечення показників якості тонколистових виробів, що виготовляють із застосуванням процесів пневмоударного штампування, а саме: розмірної точності та шорсткості, при зменшенні трудомісткості виготовлення виробів, металомісткості оснащення, скороченні часу та витрат на технологічну підготовку виробництва шляхом визначення раціональних конструкторсько-технологічних параметрів процесів і модернізації обладнання для умов багатономенклатурного виробництва при дискретно-нестабільних програмах випуску виробів. Проаналізовано виробничий досвід і наукові джерела інформації з забезпечення якості виробів, що отримують при розділових і формотворчих операціях тонколистового штампування. Запропоновано нові схеми виконання технологічних операцій та рекомендації з модернізації пневмоударного обладнання і штампувального оснащення. Встановлено основні фактори, що впливають на точність виробів, що отримують при розділових і формотворчих операціях, розроблено їх класифікацію залежно від характеру та ступеня впливу на процес пневмоударного штампування. За результатами проведених експериментальних досліджень отримано функціональні залежності, що описують вплив конструкторсько-технологічних параметрів процесів і обладнання на точнісні характеристики деталей, які отримані пневмоударним штампуванням. Розроблено практичні рекомендації з проектування технологічних процесів і оснащення для операцій пневмоударного штампування пробивання-вирубування та витягування.

Многоточечная формовка растяжением, в отличие от обычного обтяжного штампа, представляет собой универсальную технологию, применяемую в листовой штамповке. Наиболее важное преимущество этой технологии заключается в формовании большого количества различных деталей на одной машине. Обычный многоточечный штамп оставляет лунки на поверхности детали. Рассмотрены три схемы расположения многоточечного штампа: обычная, наклонная, смещенная, что позволяет сравнивать эффект формования. В эксперименте рассмотрены детали сферической формы. Выполнены численный анализ и соответствующие эксперименты. Результаты моделирования хорошо согласуются с экспериментальными данными. При использовании наклонной и смещенной схем напряжения, деформации и утонение детали уменьшаются. Напряжения распределяются более равномерно. Количество лунок и канавок растяжения уменьшается, качество формования улучшается. Наилучший результат наблюдается в случае смещенной схемы. Результаты исследования подтверждают целесообразность разработки нового многоточечного штампа.

Дисертація спрямована на розв'язання актуальної та важливої для машинобудування, зокрема, стосовно процесів і машин обробки тиском, науково-технічної задачі забезпечення характеристик розділових штампів на основі дослідження міцності та жорсткості їхніх елементів на етапі проєктування. Для дослідження напружено-деформованого стану елементів штампового оснащення розроблено комплексну математичну модель, яка, на відміну від відомих, дає можливість ураховувати множинну контактну взаємодію елементів досліджуваних технологічних систем. Крім того, у цю модель інтегрована технологія параметричного моделювання, що дає можливість розв'язувати задачі синтезу на основі більш достовірних нелінійних задач аналізу. Запропоновано підхід із застосуванням поповнюваної бази даних розрахунків напружено-деформованого стану елементів штампового оснащення для обґрунтування їхніх проєктно-технологічних рішень. На відміну від спрощених розрахункових моделей або прямого багаторазового розв'язання задач у повній постановці, пропонований підхід забезпечує і точність, і оперативність розв'язання таких задач. Установлено, що при багатоконтактному сполученні набору елементів штампів, що є багатошаровою конструкцією, зони контактної взаємодії і розподілу контактного тиску практично не змінюються при збільшенні сил штампування, а розподіли та максимальні значення контактного тиску практично лінійно залежать від діючих сил штампування. На основі системного підходу виділено технологічні системи різного рівня складності, елементи яких із застосуванням та адаптацією методу параметричного моделювання набувають властивості варіативності проєктно-технологічних параметрів, що, на відміну від традиційних підходів, дає можливість ставити та розв'язувати задачі їх обґрунтування за критеріями забезпечення експлуатаційних характеристик. Обґрунтовано раціональні параметри розділових штампів. Результати досліджень впроваджено на машинобудівних підприємствах.

С использованием моделирования процесса штамповки венца и корпус наконечников кислородных фурм, были проанализированы конструкции разработанных штампов, заданы режимы обработки и их влияние на пластическую деформацию меди и стали. Показано, что изготовление медного венца и стального корпуса из штампованных заготовок позволяет сберечь материальные ресурсы, сохранить технологическое время на изготовление деталей сложной формы. Разработанная геометрия штампа позволяет безподналадки на протяжении всего ходе ползуна обеспечить надежную работу выталкивающих устройств, свободный и безопасный доступ в зону штамповки и удобство обслуживания штампа.

Увагу приділено підвищенню якості тонколистового розділового штампування шляхом застосування механічних компенсаторів похибок системи "прес-штамп". Показано, що 60 % втрат якості пов'язано з похибками системи "прес-штамп", а подальше підвищення якості - з компенсацією цих похибок. Запропоновано принцип динамічного підстроювання, реалізований шляхом експлуатації штампу на механічному компенсаторі, а також методику оптимізації геометричних параметрів і моделювання деформаційної картини компенсатора для кривошипного пресу. Одержано математичні моделі, які дозволяють ефективно керувати показниками міцності та визначати оптимальні геометричні параметри компенсатора. Встановлено позитивний вплив компенсатора на напружено-деформований стан елементів штампового блоку, що приводить до істотної зміни деформаційної картини системи "прес-штамп". Зафіксовано покращення якості штампування пластин ротора з використанням компенсатора порівняно зі штампуванням без нього. Запропоновано нові технічні рішення та проведено промислові випробування компенсаторів. Зазначено, що одержаний результат підтверджує доцільність використання механічних компенсаторів похибок системи "прес-штамп" для підвищення якості тонколистового розділового штампування.

Увагу приділено вдосконаленню процесів формування великогабаритних товстолистових деталей із прямолінійними рифтами на підставі регулювання осередку деформації та розвитку методів розрахунку елементів заготівлі, що деформуються поза контактом з інструментом, а також апроксимуючо-згладжувальних методів обробки експериментальних даних. На підставі методів варіаційного числення, а також сумісного розв'язання рівнянь рівноваги елемента закінцівки рифту і пластичності науково обгрунтовано можливість формозміни закінцівки рифту укороченим пуансоном, в умовах, коли частина закінцівки рифту вільно деформується поза контактом із формувальним інструментом. Це дозволило виключити утворення складок на плоских елементах заготовки і розриву матеріалу закінцівки рифту. Аналітично розв'язано задачі прогнозування форми заготовки в зоні вільної формозміни у припущенні про мінімум площі вільного елемента заготовки деформівної поверхні, визначення стоншень заготовки для різних варіантів формування і формування-витягання, розрахунку коефіцієнта тертя під час оформлення прямолінійних ділянок рифту за експериментальними даними зміни стоншень заготовки по поперечному перерізі рифту. Розвинуто метод чисельно-аналітичного розрахунку напружено-деформованого стану елементів рифту з використанням єдиного диференціального рівняння. Під час обробки експериментальних результатів застосовано кінцево-елементну апроксимацію, що дозволило відмовитися від вимірювань числових значень розмірів сітки безпосередньо на зразку і перейти до аналізу цифрового знімка досліджуваної ділянки. Вимірювання координат вузлів сітки здійснено у програмі Autocad після фотографування сітки. Кількісне оцінювання експериментальних даних із формування укороченим пуансоном проведено методами математичної статистики.

Отмечено, что способ электрогидравлической импульсной листовой штамповки (ЭГШ) доказал высокую эффективность в условиях пробного, мелкосерийного и среднесерийного производства. Новейшее достижение - многоэлектродные разрядные блоки - обеспечивает эффективную штамповку листовых деталей средних и больших размеров. Однако широкое применение технологии ЭГШ в промышленности ограничивается, в основном, двумя проблемами: нестабильностью импульсных полей давления и недостатком литературы и квалифицированных специалистов в области ЭГШ. В настоящее время проблема нестабильности решается квалифицированным специалистом ЭГШ путем раскрытия оснастки, осмотром промежуточных форм заготовки, внесением коррекций в схему нагружения (схемы подсоединения электродов) и установлением новых уровней энергии разрядов. Новый подход к решению этой проблемы предусматривает решения, основанные на применении интеллектуальной компьютерной числовой системы управления оборудованием ЭГШ: определение промежуточной формы листовой заготовки после каждого разряда и внесение коррекций в параметры нагружения для каждого последующего разряда до получения окончательной формы детали. Промежуточную форму можно определить путем измерения специальными датчиками, встроенными в штамп в характерных местах (точках). Вторая подсистема должна анализировать положение нескольких принципиальных участков заготовки, сравнивать их с общей стратегией процесса штамповки для определенного типа деталей, выявлять те участки, которые нуждаются в более высоком давлении для гармонизации процесса формообразования, и подавать эту информацию в подсистемы, которые управляют многоконтурным генератором токов для создания оптимизированной конфигурации подключённых электродов и уровня энергии, таким образом, определяя новую схему нагружения для следующего разряда. В настоящее время запланированы опыты по системе измерения формы заготовки для решения этой принципиальной проблемы в реализации предлагаемой концепции. Также прорабатываются принципиальные конструкторские решения для многоконтурного генератора импульсных токов со специальным устройством для переключения электродов.

Показана возможность использования продольного изгиба в качестве экономичного способа безручьевого профилирования заготовок. Для реализации данного способа предложена технология спаренной штамповки поковок рым-болтов (РБ) и разработана компоновка штампового инструмента. Выполнена опытная штамповка поковок РБ по базовой и новой технологиям на свинцовых физических моделях заготовок. Сравнение результатов штамповки поковки по двум вариантам выявило повышение технико-экономических показателей новой технологии.

Набув подальшого розвитку метод розв'язання задачі пластичної плинності в зоні деформації під час відрізання штампами на основі використання загальних рівнянь механіки пластично деформованого суцільного середовища з визначенням поля швидкостей плинності металу та деформацій у кожній точці об'єму, що деформується. Здійснено подальший розвиток в розв'язанні задачі визначення напружень в будь-якій точці об'єму осередку деформації під час відрізання в штампах при підготовці кромки листа під зварювання, що дозволило знайти закон розподілу нормальних напружень не тільки по торцевій контактній поверхні робочого інструмента, але й по боковій контактній поверхні. Удосконалено чисельну модель визначення напружено-деформованого стану, що виникає у ріжучій частині інструмента під час відрізання за умов несиметричного навантаження з розширення можливостей побудови епюр еквівалентних напружень, що надало можливість визначити навантаження на ріжучі кромки. Одержано залежності зміни головних напружень, що виникають на ріжучих кромках інструмента від зусилля різання, що дозволило визначити необхідні значення натягу під час запресування твердосплавних відрізних матриць у сталеві обойми. Вперше вирішено завдання розрахунку напружено-деформованого стану в осередку деформації у разі плоско-паралельного руху відрізного пуансона з визначенням зусиль на робочі елементи штампа. Удосконалено й експериментально підтверджено метод розрахунку необхідного значення натягу під час запресування твердосплавних відрізних матриць у сталеві обойми, що враховує системи сил, діючих на матрицю під час відрізання, з подальшим встановленням величини поправкового коефіцієнта для теоретично-експериментальних значень радіальних переміщень нижнього торця матриці. Вперше встановлено вплив дотичних напружень в осередку деформації на величину розтягуючих головних напружень, а, отже, і необхідність обробки бокової поверхні відрізних пуансонів і торцевих поверхонь матриць до чистоти квалітетів 7 - 9. При цьому бокові поверхні матриць і торцевих відрізних пуансонів необхідно залишати необробленими.

Вперше одержано рекомендації щодо керування полем навантаження для якісного перфорування деталей та рекомендації з вибору оптимальних режимів обробки з метою підвищення ефективності процесу електрогідравлічного перфорування. Запропоновано фізичну модель і розрахунковий спосіб процесу розповсюдження ударних хвиль у розрядних камерах різної конфігурації для визначення областей навантаження перепони прямими та відбитими ударними хвилями. На основі існуючих залежностей для пікового тиску ударної хвилі виведена та перевірена нова математична залежність розрахунку тиску на фронті ударної хвилі залежно від енергетичних параметрів розрядного контуру та геометричних розмірів розрядної камери, що дозволило визначити поле навантаження заготівки ударними хвилями залежно від вищевказаних параметрів.

Оцінено здатність до формозмінювання листових феритних корозійностійких сталей за результатами дослідження коефіцієнта нормальної анізотропії R холоднокатаних зразків із попередньо термообробленим гарячекатаним підкатом. Встановлено, що під час вибору термодеформаційних режимів обробки слід враховувати характер напружено-деформованого стану, який реалізується в заготовці за конкретних операцій штампування. Так, під час виготовлення виробів за допомогою методу ротаційного гнуття задовільна стійкість процесу пластичної деформації буде забезпечуватися у разі проведення відпалювання підкату за 800 C і витримки 4 год. Якщо під час формозмінювання виробів переважає глибока витяжка, то доцільним буде режим термічної обробки, який сприяв би частковому очищенню високохромистого фериту від надлишкових атомів вуглецю і азоту без порушення структури гарячого наклепу (гартування від 1000 C).

Приведены квалиметрические модели оценки качества листовых деталей, оборудования, технологических и производственных процессов. Показано, что основные внутренние потери определяются неполной технологичностью деталей и воздействием вредной технологической наследственности. Выявлено изменение показателя качества производственного процесса во времени и указаны пути его повышения. Рассмотрены функционирование систем менеджмента качества и инструменты контроля.

Досліджено вплив механічного компенсатора похибок системи прес - штамп на якість тонколистового розділового штампування. Встановлено, що відхилення розмірів пластин ротора під час штампування з компенсатором у 2,25 - 2,40 рази є меншим, ніж без компенсатора, а щільність розподілу розмірів під час штампування з компенсатором на 30 - 40 % вищою. Визначено механізм впливу компенсатора на показники якості штампування.

Приведены основные свойства листоштампованных деталей. Показано, что к наиболее важным относятся свойства функционального назначения, технологичности и технологической наследственности. Рассмотрены свойства технологичности деталей и подходы к формированию квалиметрических моделей частных свойств и их показателей качества технологичности. Для большинства этих показателей построены шкалы показателей или предложены подходы к построению равнозначных шкал разных показателей.

Розглянуто процеси витягування вісесиметричних порожнистих виробів. Досліджено вплив величини диференційованого підпору фланця та відносної товщини заготовки на формоутворення виробів витягуванням. Визначено оптимальний кут верхнього конуса двоконусної матриці для комбінованого витягування. Розроблено спосіб обтиску з прикладанням диференційованого протитиску на внутрішню поверхню заготовки. Увагу приділено проблемам відбортування круглих отворів у вісесиметричних листових заготовках. Описано вплив кута конуса пуансона на силові режими та якість виробів у разі відкритої роздачі трубчастих заготовок.

Спроектирована конструкция воздушной доменной фурмы с защитным чугунным покрытием и носком, отштампованным из листовой заготовки, разработана технология листовой штамповки носка, предложена формула для расчета высоты носка.

Акцентовано увагу на розвиток методів розрахунку параметрів технології гарячого деформування з протитиском в газовому середовищі листів з алюмінієвих та магнієвих сплавів і вдосконалення на цій основі технології листового штампування з метою одержання підвищених значень витяжки. Визначено характеристики формозміни металу та силові параметри процесу деформації листових заготовок з алюмінієвих і магнієвих сплавів. Проведено експериментальні дослідження комплексного впливу параметрів процесу гарячої деформації газом листових заготовок зі сплавів системи Аі - Mg і Mg - Al - Zn на формозміну, граничну витяжку та механічні властивості деталей. Запропоновано й обгрунтовано вдосконалений експериментально-розрахунковий метод визначення параметрів процесу, що забезпечує необхідний рівень механічних властивостей одержаних деталей, та розроблено рекомендації щодо зміни технологічної схеми процесу гарячої деформації газом листів з алюмінієвих і магнієвих сплавів.