CC BY
18
УДК 621.73
Ткачев P.O. \ Каргин Б.С.2, Кирицев А.Д.3
АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ОБЖИМА ТРУБЧАТЫХ ЗАГОТОВОК В ПРОИЗВОДСТВЕ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ
Рассматривается устройство для автоматизации производства корпусных заготовок с применением дифференцированного однопереходного процесса обжима из сплава Д16Т с исключением термообработки, взамен производства из сплава Д16М многопереходного npoifecca с закалкой изделия.
Обжим - операция по уменьшению диаметра конца трубы нашла применение в промышленности, при производстве баллонов высокого давления, вооружения и в различных отраслях машиностроения. Эта операция используется, вместо других операций по уменьшению диаметра трубы, в тех случаях, когда необходимо получить точные размеры обжатого конца. Особенно широко она используется для получения корпусных заготовок некоторых изделий из дюралевых труб сплава Д16. Эти изделия, одно из которых показано на рис.1, получают из трубы 095 х4 мм, сплав Д16М путем многооперационного обжима с промсжуточны м отжигом для
снятия упрочнения, который происходит в процессе каждой операции обжима, снятия и удаления смазки, используемой для снижения усилия деформации и сохранения качества поверхности заготовки. Так как наибольший диаметр детали 0106 мм, то часть ее подвергают раздаче. После проведения штамповочных операций заготовку закаливают и подвергают старению до твердости 70 HRB, характерной для сплава Д16Т.
Как видно из перечисленных операций, а также не указанных транспортных и погрузочно-разгрузочных работ, затраты труда и времени очень велики. При этом задействовано основное механическое оборудование и нагревательные печи. Интенсифицировать производство в принятой схеме невозможно, так как это производство массовое и в нем уже отработаны все операции и переходы. Основной недостаток сущсствующсго процесса, это наличие небольших деформаций в каждом переходе.
При увеличении степени деформации неизбежно наступает потеря устойчивости, что ведет к окончательному браку. Целью настоящей работы является разработка технологии обжима труб, исключающей возникновения брака и механизма, позволяющего в автоматическом режиме проводить указанный процесс. На кафедре кузнечно-штамповочного производства ПГТУ разработана принципиально новая технология, позволяющая производить обжим конца трубы за один переход до любых степеней деформации вплоть до полного закрытия полости независимо от материала труб, в том числе, из закаленных сплавов типа Д16Т, сталей, титана и других материалов [1]. Суть этого способа состоит в дифференцированном быстром нагреве конца трубчатой заготовки в специальном высокочастотном индукторе. Быстрый нагрев необходим в связи с заданным неравномерным распределением предела текучести на участке трубы 100-120 мм. При недостаточно быстром нагреве возможно выравнивание температур в связи с высокой теплопроводность сплава Д16. Обеспеченный специальным индуктором быстрый нагрев трубы со скоростью 50-80 °С/с приводит к снижению величин предела текучести и уменьшением сопротивления деформированию пропорциональных ожидаемой в данном сечении трубы степени деформации. Все это позволяет снижать усилие деформирования и, таким образом, избежать потери устойчивости.
Рис. 1 - Деталь «корпус»
1 ПГТУ, ст. препод
2 ПГТУ, канд.техн.наук, проф.
3 ПГТУ, канд.техн.наук, доц.
Были проведены исследования прочностных и пластических характеристик сплава Д16Т в области температур 300-500 °С. Проведены эксперименты по выявлению возврата механических свойств сплава Д16Т после индукционного нагрева до температур 150-450 °С с последующей деформацией в пределах этих температур. Установлено, что при быстром индукционном дифференцированном нагреве в интервале 150-450 °С, последующей деформацией и охлаждением в воде, сплав в течении 48 часов приобретает исходные свойства сплава закаленного и естественно состаренного. Исследована скорость охлаждения тонких пластин из сплава Д16Т с температур 150-450 °С. Были выполнены также металлографические исследования сплава Д16Т после быстрого нагрева до 150-450 °С и последующей деформации [2].
Все это дало основание к разработке однопереходного процесса обжима трубы из сплава Д16Т для получения корпусной заготовки детали по рис. 1.
На основании анализа различных схем автоматизированного производства был выбран с учетом существующего оборудования грейферный перекладчик (манипулятор). Особенностью универсальных листоштамповочных прессов является их сравнительно небольшой ход и небольшое по высоте штамповое пространство. Поэтом}' при незначительном, необходимом для обжима трубы, хода деформации трубы 0106 мм и усилия 0,2 МН выбран кривошипный пресс с шестернеэксцентриковым приводом усилием 2,5 МН модели К3594. Такой род привода не позволил осуществить привод грейферного механизма от обычного кривошипного вала. Привод зажима и перемещения грейферов представляет собой синтез пневматических и механических устройств, работающих в автоматическом режиме, связанным с перемещением ползуна (рис.2). Основным недостатком существующето процесса является наличие небольших деформаций в каждом переходе.
Рис. 2 - Грейферный перекладчик. 1- цилиндр перемещения грейферов (схватов); 2 - опорная стойка; 3 - амортизатор; 4 - штанги перемещения грейферов; 5 - контроль перемещения грейферов; 6 - грейфер; 7 - регулятор настройки положения грейфера; 8 - подвижная рама; 9 - цилиндр перемещения рамы; 10 - брус; I, II, III, IV - позиции остановки грейфера.
Работа механизма в автоматическом режиме видна из циклограммы, представленной на рис.3. Работа по обжиму трубы с предварительным дифференцированным нагревом заготовки состоит в следующем. Заготовка трубы 0106 мм, толщиной стенки 4 мм высотой 250 мм устанавливается на брус (рис.2) на позицию I. Затем она перемещается на позицию II, где происходит ее нагрев при ходе ползуна вниз от угла поворота вала 60° до 320° (рис.3). При этом в результате различного времени накрытия индуктором различных частей трубы по высоте происходит неравномерный нагрев, что необходимо для интенсивной деформации разных частей трубы при обжиме. При ходе ползуна вверх происходит перемещение заготовок с первой позиции на вторую (нагрев), со второй на третью (штамповка-обжим). После обжима обжатая труба
зажимается грейфером и перемещается на четвертую позицию, где после разжима грейфера она попадает через отверстие в воду, где охлаждается и с нее смывается смазка Эмулсол Э88М, которая была автоматически нанесена на рабочую поверхность штампа перед обжимом.
Автоматическая работа грейферного перекладчика обеспечивается системой реле, переключателей, электромагнитов, привода переключателей пневматических цилиндров, работа которых зависит от положения бесконтактного выключателя (БВК), установленного на ползуне пресса.
Работа элементов автоматизированной системы грейферного перекладчика и запись перемещения ползуна пресса записывалась на осциллографе и анализировалась. Установлено, что параметры работы грейферного перекладчика соответствуют расчетным, что впоследствии подтверждено надежной работой в процессе исследования.
ка с автономным приводом
Разработанное направление является перспективным, так как освоение в производстве грейферного перекладчика с автономным приводом для прессов с различной конструкцией привода ползуна позволяет в несколько раз сократить трудовые затраты, высвободить основное оборудование цеха, повысить производительность и качество продукции. Стоимость производства из трубы заготовки для последующего изготовления детали сокращаются в 4-5 раз. При этом в результате использования вместо трубы 095x4, трубы 106x3 экономится 20 % металла и уменьшается объем последующей механической обработки.
Выводы
1. Разработана оптимальная технология обжима трубчатых заготовок позволяющая производить обжим конца трубы за один переход до любых степеней деформации вплоть до полного закрытия полости независимо от материала труб, в том числе, из закаленных сплавов типа Д16Т, сталей, титана и других материалов.
2. Разработана конструкция, выполнен и исследован промышленный образец установки грейферного перекладчика позволяющей в автоматическом режиме проводить обжим труб из заготовки для последующего получения детали. При этом достигается экономия металла на 20 % и уменьшается объем последующей механической обработки.
Перечень ссылок
1. Кирицее А.Д. Исследование и разработка нового технологического процесса обжима концов труб из сплава Д161 А.Д. Кирицее, P.O. Ткачев, Б.С. Каргин. II Вестник Приазов.гос.техн. ун-та.; Сб.науч.тр. - Мариуполь, 1996. - Вып.2 - С. 126-131.
2. Ткачёв Р.О. Выбор температурного режима при обжиме труб./ P.O. Ткачев, Б.С. Каргин, А.Д. Кирицее //В1сник Схщноукрашського национального ушверситету имеш Володимира Даля: Сб. науч. тр. - Луганск, 2003 С. 118-124.
Статья поступила 27. 02. 2006
о О о О (N 1> -г о О VO на1 о О ОО [ал О О о 5 О 120°1 о О 1—1 ка II 160°1 о О 00 О О о <ч о О <ч (N 240° 1 о О ю (Ч о О оо <ч н; о О О сп ча] о о сч СП ю о о т СП 101 1й 360°1 ia ло движения
ин, tyt ТО] >а ин цу] :то ja
/ на1 1 нд ор JH1 зу X
ал эр )ЗЯ :им а Hi ча: ю: аяс им
ни ей си >аз •ка' ы \
1 / ч
с KOI гаа |И< ' Д1 ия ен 1Я
/в I пе] ро >ед :те с э ив< arc ни ТО] е 1КО i
\
L Ш1 ее с \
1 N
на1 алс 1 Д] ¡ия ен S \ к эш ц; [ви же шя \ \ ач;
наза; ;(б ез: ¡аг >то 3KI ) саз ад бе i 3i то' ов си) вп( :ре \ (с заготовки)
грейфер сжат
грейфер разжат
тележка вперед
тележка назад
индуктор нал заготог
о О о О (N о О о О ЧО о О 00 о О о о О (Ч о о о О ЧО о О 00 о О О <ч о О (N (N о О <ч о О ЧО (Ч о О ОО <ч о о СП о о <ч СП о о т СП о О ЧО СП о О
Рис. 3 - Циклограмма работы грейферного перекладчи-
