Исследование теплового состояния водоохлаждаемых оправок для увеличения их износостойкости при прошивке заготовок из легированных сталей

• Автор: Бодров, Даниил Валерьевич
• Шифр специальности: 05.16.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 159 с. : ил.

Оглавление
Введение

1 Обзор научно-технической литературы

1.1 Характеристика условий эксплуатации и износа прошивных оправок

1.2 Сравнительный анализ существующих способов исследования температурных полей технологического инструмента

1.3 Существующие способы увеличения износостойкости оправок

2 Исследование теплового состояния водоохлаждаемых прошивных оправок

2.1 Математическая постановка задачи расчета теплового состояния водоохлаждаемых прошивных оправок

2.1.1 Выбор краевых условий

2.1.2 Сравнительный анализ и выбор расчетного метода оценки теплового состояния
2.2 Исследование теплового состояния водоохлаждаемых оправок
2.2.1 Методика исследования теплового состояния

2.2.2 Влияние технологических факторов на тепловое состояние водоохлаждаемых прошивных оправок
2.2.3 Влияние времени цикла прошивки на тепловое состояние оправок
2.3 Проверка адекватности расчетного теплового поля водоохлаждаемых оправок при прошивке заготовки из стали
2.3.1 Методика проведения промышленного эксперимента
2.3.2 Сравнительный анализ расчетных и экспериментальных значений температуры в характерных точках
3 Моделирование термонапряженного состояния водоохлаждаемой прошивной оправки

3.1 Математическая формулировка задачи расчета термических напряжений и алгоритм вычисления
3.2 Анализ термонапряженного состояния водоохлаждаемой прошивной оправки
3.3 Влияние времени прошивки на термонапряженное состояние
4 Эффект термоциклического упрочнения и механизм износа водоохлаждаемых оправок
4.1 Экспериментальное исследование эффекта термоциклического упрочнения материала оправок

4.1.1 Методика проведения исследования
4.1.2 Общая характеристика металла для изготовления прошивных оправок
4.1.3 Краткая характеристика процесса прошивки и условий эксплуатации прошивной водоохлаждаемой оправки
4.1.4 Краткая характеристика технологии изготовления прошивных водоохлаждаемых оправок
4.1.5 Исследование микротвердости
4.1.6 Исследование микроструктуры

5 Разработка оправок различных конструкций и исследование их теплового и термонапряженного состояния
5.1 Применение жаропрочного материала для изготовления оправок.

5.1.1 Особенности температурного поля
5.1.2 Выводы по результатам расчета
5.2 Восстановление изношенных оправок посредством наплавки рабочей поверхности
5.2.1 Тепловое состояние оправок с наплавкой разной толщины 92 »
5.2.2 Анализ термонапряженного состояния оправок с наплавленным слоем
5.2.3 Выводы по результатам расчета теплового и

термонапряженного состояния для оправок с наплавкой различной
толщины
5.3 Разработка конструкции водоохлаждаемых составных оправок

5.3.1 Изучение теплового состояния различных вариантов
составных оправок
6 Разработка конструкции оправок с развитой полостью охлаждения и модернизация справочного стержня
6.1 Разработка конструкции оправок с развитой полостью
охлаждения и особенности теплового состояния
6.2 Напряженное состояние оправок с развитой полостью
охлаждения
6.3 Разработка конструкции оправочного стержня и его испытание
6.4 Совершенствование конструкции оправок с развитой полостью охлаждения
7 Прогнозирование износостойкости водоохлаждаемых прошивных оправок
7.1 Критерий износостойкости и алгоритм прогнозирования
7.2 Результаты расчета по разработанному алгоритму
Основные выводы
Список использованной литературы
Приложения

охлаждения, выполненной в виде длинного канала, температура составляет 200 -5- 300 °С, что обеспечивает развитое кипение с переходом в поверхностное, при котором коэффициент теплоотдачи имеет максимальное значение, а потом резко убывает (10000 2000 Вт/(м2оС)). Таким образом,
эффективность охлаждения у носка оправки к концу прошивки наименьшая. При наружном охлаждении температура на внутренних поверхностях уменьшается до 110 -* 140 °С, то есть развитое кипение сменяется поверхностным, а оно переходит в режим конвекции без фазовых переходов. Чтобы отразить этот процесс для полостей охлаждения задавались изменяемые во времени коэффициенты теплоотдачи, а именно 2000 10000
Вт/(м2оС), 1500 - 6000 Вт/(м2оС), 1000 + 4000 Вт/(м2оС).
Для расчета температурного поля с использованием МКЭ в программном модуле СозтозХУЪгкэ использование ГУ 2-го рода сопряжено с рядом неудобств, поэтому целесообразно привести их к ГУ 3-го рода, подобрав коэффициент теплоотдачи по формуле Ньютона (2.33).
2.1.2 Сравнительный анализ и выбор расчетного метода оценки теплового состояния
Для проверки адекватности разработанных методик исследования тепловых полей прошивных оправок и оценки их эффективности были произведены сравнительные расчеты с использованием граничных условий изложенных.выше.
В качестве исходных данных использовались геометрические размеры сферической оправки 098 мм и физические характеристики стали 12Х2МФСР. В конечно-разностной сетке использовался одинаковый шаг по осям равный 1 мм, конечно-элементная модель оправки состояла из 20 834 узлов и 13 481 элементов, что описывает геометрию с достаточной точностью для определения теплового поля. Время цикла прошивки и