CC BY
32
ЛГТГГ Г гг Г,гГГШгЛТГГ/СС
-2 (87), 2017/ U U
УДК 621.77.04 Поступила 20.04.2017
ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССА РАЗДЕЛЕНИЯ ПРУТКОВОГО СОРТАМЕНТА ПОПЕРЕЧНО-ВИНТОВОЙ ПРОКАТКОЙ
INTENSIFICATION OF THE PROCESS OF SEPARATION OF THE BAR ASSORTMENT BY CROSS-SCREW ROLLING
М. И. СИДОРЕНКО, Л. А. ИСАЕВИЧ, Д. М. ИВАНИЦКИЙ, Белорусский национальный технический университет, г. Минск, Беларусь, пр. Независимости, 65. E-mail: denisrodman@tut.by
M. I. SIDORENKO, L. A. ISAEVICH, D. M. IVANICKIJ, Belarusian National Technical University, Minsk, Belarus, 65, Nezavisimosty ave. E-mail: denisrodman@tut.by
На основе анализа известных способов разделения пруткового сортамента на мерные заготовки установлено, что наиболее эффективным является процесс поперечно-винтовой прокатки с предварительным нанесением на пруток кольцеобразной клиновидного сечения канавки. С целью уменьшения ее глубины предложено в процессе прокатки смещать отделяемую часть материала в плоскости, перпендикулярной оси прутка на величину пластического смятия, характерного для штамповой разрезки сортамента.
Based on the analysis of the known methods of separation of the bar stock into cut-to-length sections, it has been found that the most effective is the process of transverse screw rolling with the preliminary application of a ring-shaped wedge-shaped groove to the bar. In order to reduce its depth, it is proposed during the rolling process to displace the separated part of the material in a plane perpendicular to the axis of the rod by the amount ofplastic crushing characteristic for the stamp cutting of the assortment.
Ключевые слова. Прутковый сортамент, мерные заготовки, поперечно-винтовая прокатка. Keywords. Bar stock, cut-to-length sections, cross-screw rolling.
Использование передовых технологий обработки металлов давлением, таких, как безоблойная штамповка, холодное выдавливание и др . , требует обеспечения качества формы и размеров исходных заготовок, исключающего наличия в них вырывов, задиров, смятий и утяжин по торцам и боковой поверхности, отклонений перпендикулярности к оси торцов [1] .
В случае разделения прутков резкой пилами на токарных станках электроискровым способом и другими удается удовлетворить требования, предъявляемые к качеству получаемых заготовок, но теряется значительное количество металла в виде отходов при сравнительно низкой производительности процессов [2]. Более совершенными в этом отношении являются способы разделения прутков в штампах, однако при этом не гарантируется высокое качество отрезаемых заготовок [3,4] .
Интенсификация современного производства обусловливает широкое применение в разделительных операциях поперечно-клиновой прокатки [5-10], которая отличается от отмеченных выше способов возможностью формообразования заготовок высокого качества практически без потерь металла в отход при высокой производительности процесса Вместе с тем, при использовании такого метода разделения прутков на отделяемых заготовках образуются фаски значительной величины (рис . 1), что вызвано сущностью самого процесса и не всегда допускается конечной формой получаемых из них деталей
Поэтому с целью значительного уменьшения величины технологических фасок предложено устройство [10], в котором после предварительного пластического формообразования в прутке кольцевой канавки клиновидного профиля отделяемую часть последовательно смещают перпендикулярно оси прутка в процессе его вращения (рис . 2), сохраняя параллельными оси исходной и отделяемой части . Схема очага деформации для такого процесса представлена на рис . 3, где показано параллельное смещение одной части прутка относительно другой на величину DR. Здесь заштрихованная часть прутка относится
шш
66/г (87:
гттгг г: гт^ггллтггггт
2 (87), 2017-
Рис . 1 . Схемы разделения пруткового сортамента на мерные заготовки и действующих сил в очаге деформации: 1 - дисковый нож с клиновидным лезвием; 2 - валки; 3 - пруток; 4 - проводки
Рис . 2 . Схема разделения прутка на заготовки винтовой прокаткой
к сечению, полученному от его пересечения плоскостью, проходящей перпендикулярно оси в зоне между клиновидными ребордами на валках .
Согласно [8-11], при резке прутков в штампах процессу отделения одной части от другой предшествует пластическое внедрение ножей в тело сортамента на определенную глубину. После этого за счет образования и развития встречных трещин в очаге деформации происходит отделение заготовки от прутка . Глубина пластического внедрения ножей в тело прутка зависит от его механических свойств и оценивается величиной относительной деформации:
ЛR
в =-, (1)
Я
где Я - радиус разделяемого прутка .
Для стальных прутков она составляет порядка в = 0,12-0,15, а при разделении мягких материалов достигает в = 0,35-0,40 .
С целью обеспечения механизма разделения прутка необходимо соблюсти условие его вращения вокруг своей оси в момент пластического внедрения валков в тело разделяемого сортамента (рис 3) Ширину площадки смятия, согласно рис . 3, определим из уравнения
лгггг^кготшт'рптп /87
-2 (87), 2017 / и#
а = -
2 -(R - AR )2 = ^А1 ( 2R -АЛ ) . С учетом выражения (1) получим
а = ^еЛ(2Л-в1) = ^е(2-в) . Момент, составленный парой сил Р, можно представить как:
МКР1 =2^02 = Ра = р^в(2-в) .
(2)
(3)
С другой стороны, этот же момент уравновешивается парой касательных сил Т и составляет
Рис . 3 . Схема очага деформации
МКр2 = 2Т (Л-АЛ ) = 2Т1 (1 -в).
(4)
Зададим условие трения на контакте металла с валками по Амонтону [12] Т = /Р и подставим это значение в (4):
Мкр2 =2/РЛ (1 -в).
(5)
Подставляя данные величин, входящих в выражения (3) и (5), и далее сравнивая полученные значения, нетрудно убедиться, что Мкр1 > Мкр2. В связи с этим для обеспечения условия вращения прутка в момент его разделения необходим дополнительный резерв сил контактного трения, действующих по касательной к его цилиндрической поверхности в зоне подачи металла в валки (см . рис . 2) . Это вполне возможно, если в названной зоне производить поверхностную пластическую деформацию прутка. Нормальные контактные напряжения в этом случае достигают предела текучести Ст деформируемого металла, а усилие деформирования Р = ста1, где I - длина поверхности валков в зоне подачи прутка . Принимая во внимание выражение (2) и пренебрегая бесконечно малыми величинами второго порядка, можно записать Р = сг11Цв(2-в) .
Поскольку, согласно [13], при поверхностной пластической деформации в1 < 0,02, последнее выражение примет вид
(6)
Р = 0,2сТЛ1.
Тогда по аналогии с уравнением (5) можно найти величину крутящего момента в зоне подачи прутка в валки
Мкрз = 2т (1 - в1) = 0,4/стШ2 (1 - в1) .
(7)
Входящая в выражения (3) и (5) величина усилия Р, при котором происходит отделение мерной заготовки от прутка, определится как Р = п11 сср, где Л1 - радиус поперечного сечения разделяемого сортамента в зоне кольцевой канавки; с - напряжение среза в этом же сечении, составляющее, согласно [11], сСр « 0,8ст . В связи с этим Р = 0,8пСтЛ1 и уравнения (3) и (5) соответственно примут вид
Мкр1 = 0,8пст121/в(2-в) , (8)
Мкр2 =1,6 п/ Ст121 (1 -в).
(9)
Теперь окончательно запишем условие вращения прутка в момент его разделения на мерные заготовки:
МКР1 = Мкр2 + МКР3- (10)
Решая данное уравнение совместно с выражениями (7)-(9) относительно искомой величины, после преобразований можно записать
2п12
I =
/Л (1 -в1)
д/в(2-в) -2/(1 -в)
(11)
На рис . 4 показаны зависимости, отражающие изменение длины зоны подачи прутков в очаг разделения их на мерные заготовки от диаметра сортамента из разных материалов при глубине кольцевой канавки 1 мм для всех диаметров
Данные для построения графиков рассчитаны с помощью уравнения (11) . Из рисунка видно, что с увеличением диаметра прутка возрастает и длина зоны подачи, что объясняется, согласно (2), ростом
И/шт* кктпгжгм
I 2 (87), 2017-
Рис . 4 . Зависимость длины зоны подачи прутка в зону разделения от его диаметра: 8 = 0,15 - для твердых материалов; 8 = 0,35 - для мягких материалов
Рис . 5 . Схема устройства для разделения прутка на мерные заготовки в токарном станке: 1 - пруток; 2 - разрезная втулка; 3 - патрон; 4 - отделяемая заготовка; 5 - шариковая головка
плеча приложения деформирующего усилия в квадратичной зависимости от степени деформации 8 и это учтено в уравнении (3), в то время как в выражении (4) влияние степени деформации 8 носит линейный характер .
Для экспериментальной проверки предложенного [10] способа разделения прутков на мерные заготовки было разработано устройство (рис . 5), которое смонтировано на токарном станке
Устройство содержит разделяемый пруток 1, который помещен в разрезную втулку 2 и зажат в патроне 3 токарного станка. Отделяемая часть 4 прутка охвачена жесткой втулкой шариковой головки 5, установленной в резцедержателе токарного станка. Предварительно в прутке с помощью резца на токарном станке наносят кольцевую канавку треугольного профиля различной глубины Для экспериментальных исследований были использованы прутки диаметром 10 мм из стали 20 и алюминия А7 в состоянии поставки .
Результаты испытаний показали, что в случае разделения прутков из стали 20 величина смещения шариковой головки относительно оси прутка составила 0,7-0,8 мм, что отвечает степени деформации 8 = 0,14-0,16 . При разделении прутка из алюминия величина смещения шариковой головки находится в пределах 1,8-2,0 мм, что соответствует степени деформации 8 = 0,36-0,40 . В обоих случаях глубина кольцевой канавки изменялась в пределах 0,5-1,0 мм . Меньшие степени деформации в зоне разделения прутка отвечают глубине кольцевой канавки, равной 1,0 мм
Таким образом, результаты проведенных теоретических и экспериментальных исследований показывают их близкую сходимость
В это же время представленная на рис . 2 схема разделения прутков методом поперечно-винтовой прокатки отличается сложностью конструкции устройства для ее осуществления . Более простой вариант показан на рис 6
В данном случае после каждого поворота валков на угол 2п пруток смещается на длину отделяемой заготовки специальным устройством, в то время как по схеме, представленной на рис 2, смещение прутка вдоль оси осуществляется автоматически самими валками в режиме поперечно-винтовой прокатки
Выводы
При разделении прутковых материалов методами поперечно-клиновой прокатки с целью снижения глубины пластически формообразуемой кольцевой канавки в зоне разрушения целесообразно отделяемую часть прутка смещать перпендикулярно его оси на величину пластического смятия, сопровождающего штамповую разрезку сортамента При этом меньшая степень деформации отвечает более твердым материалам
г~1~ 1
Ц*— О;
м ь / \ / ч / ч
; 1/ \ / ч, / ✓
Ч-
1
Рис . 6 . Сборный инструмент для разделения прутков поперечно-клиновой прокаткой
_/ггтггг: (г.гттяагг. Icq
-2 (87), 2017/ U9
Литература
I. Ковка и штамповка: Справ . в 4-х т Т 3: Холодная объемная штамповка / Под ред. Г. А . Навроцкого . М: Машиностроение, 1987. 193 с .
2 . Егоров М. Е. Технология машиностроения / М. Е. Егоров, В . И. Дементьев, В . Л. Дмитриев . М. : Высш. шк. , 1976 . 534 с .
3 . Соловцов С. С. Отрезка в штампах точных заготовок от сортового проката / С . С . Соловцов . М. : НИИмаш, 1980 . 52 с .
4 . Совершенствование кузнечно-штамповочного производства / Под ред . П . В . Камнева, К . Н . Богоявленского . Л . : Машиностроение, 1971. 279 с .
5 . Клушин В. А. Совершенствование поперечно-клиновой прокатки / В . А . Клушин, Е . М. Макушок, В . Я . Щукин . Минск: Наука и техника, 1974 . 155 с .
6 . Казанская И. И. Станы для производства точных заготовок машиностроительных деталей / И . И . Казанская, В . Ф . Му-хонин, Ю . А . Марков // Кузнечно-штамповочное производство . 1984. № 4 . С . 5-8 .
7 . Васильчиков М. В. Производство точных заготовок машиностроительных деталей прокаткой / М. В . Васильчиков, М. В . Барбарич, Е . А . Жукевич-Стоша. М. : МТЭиТМ, 1968. 338 с .
8 . Сидоренко М. И. Разделение прутков на мерные заготовки / М. И . Сидоренко . Минск: ПАРАДОКС, 1999 . 228 с .
9 Сидоренко М. И. Особенности разделения пруткового сортамента на мерные заготовки роликовыми клиновидными ножами / М. И . Сидоренко // Весцi НАН Беларуа . Сер . фiз . -тэхн . навук . 2012 . № 1. С . 43-50.
10 . Устройство для прокатки цилиндрических заготовок из прутка: а. с . 1260087 СССР: МПК4 В21Н 1/18 / А . В . Степанен-ко, Л. А . Исаевич, М . И . Сидоренко; Белорусский политехи . ин-т. № 3776995; заявл . 06 .08 .1984; опубл . 30. 09 . 1986 // Б . И . 1986. № 36 С 28
II. Зубцов М. Е. Листовая штамповка / М . Е . Зубцов . Л. : Машиностроение, 1980 . 432 с .
12 . Громов Н. П. Теория обработки металлов давлением / Н П. Громов . 2-е изд . , перераб . и доп. М.: Металлургия, 1978. 360 с .
13 . Одинцов Л. Г. Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформированием: Справ . / Л . Г . Одинцов . М : Машиностроение, 1987 328 с
References
I. Semenov V. I. Kovka i shtampovka. Holodnaja ob'emnaja shtampovka [Forging and stamping . Cold forging], Moscow, Mashinostroenie Publ . , 1987, 193 p .
2 . Egorov M. E. Tehnologija mashinostroenija [Technology of mechanical engineering] . Moscow, Vysshaja shkola Publ. , 1976, 534 p
3 . Solovcov S. S. Otrezka v shtampah tochnyh zagotovok ot sortovogo prokata [Cutting in dies of precision billets from long products] . Moscow, Nllmash Publ. , 1980, 52 p.
4 . Kamnev P. V. Sovershenstvovanie kuznechno-shtampovochnogo proizvodstva [Improvement of forging and stamping production] . Leningrad, Mashinostroenie Publ. , 1971, 279 p.
5 . Kliishin V. A. Sovershenstvovanie poperechno-klinovoj prokatki [Perfection of cross-wedge rolling] . Minsk, Nauka i tehnika Publ . , 1974, 155 p .
6 . Kazanskaja I. I., Muhonin V. F., Markov Ju. A. Stany dlja proizvodstva tochnyh zagotovok mashinostroitel'nyh detalej [Mills for the production of precision blanks of engineering components] . Kuznechno-shtampovochnoe proizvodstvo = Forging and stamping production, 1974, no . 4, pp . 5-8 .
7 . Vasil'chikov M. V. Proizvodstvo tochnyh zagotovok mashinostroitel'nyh detalej prokatkoj [Production of precision blanks of machine-building details by rolling] . Moscow, MTJeiTM Publ . , 1968, 338 p .
8 . Sidorenko M. I. Razdelenie prutkov na mernye zagotovki [Separation of bars into dimensional blanks] . Minsk, PARADOKS Publ . , 1999, 228 p .
9 . Sidorenko M. 1 Osobennosti razdelenija prutkovogo sortamenta na mernye zagotovki rolikovymi klinovidnymi nozhami [Features of the division of the bar stock into dimensional billets by roller wedge-shaped knives] . Vesci Natsyjanal'naj akadjemii navuk Be-larusi. Seryja fizika-tehnichnyh navuk = Proceeding the National Academy of Sciences of Belarus. A series ofphysical and technical sciences, 2012, no . 1, pp . 43-50 .
10 . Stepanenko A. V. e. a. Ustrojstvo dlja prokatki cilindricheskih zagotovok iz prutka [A device for rolling cylindrical bars from a rod]. Patent USSR, no . 1260087, 1986 .
II. Zubcov M. E. Listovaja shtampovka [Sheet stamping] . Leningrad, Mashinostroenie Publ. , 1980, 432 p .
12 . Gromov N. P. Teorija obrabotki metallov davleniem [Theory of metal forming], Moscow, Metallurgija Publ . , 1978, 360 p .
13 . Odincov L. G. Uprochnenie i otdelka detalej poverhnostnym plasticheskim deformirovaniem [Hardening and finishing of parts by surface plastic deformation], Moscow, Mashinostroenie Publ . , 1987, 328 p .
