CC BY
40
Gryazev Michail Vasilievich, doctor of technical sciences, professor, the rector, mpf-tulaarambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Perepelkin Aleksey Alekseevich, candidate of technical sciences, docent, mpf-tulaarambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Pilipenko Olga Vasilievna, doctor of technical sciences, professor, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Orel, State University — Education-Science-Production Complex
УДК 539.374; 621.983
ИЗМЕНЕНИЕ ВНУТРЕННИХ ДИАМЕТРАЛЬНЫХ РАЗМЕРОВ ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ ДЕТАЛЕЙ ПРИ РОТАЦИОННОЙ
ВЫТЯЖКЕ
В.И. Трегубов, М.В. Ларина, А. А. Пасынков
Приведены результаты экспериментальных исследований по изменению внутренних диаметральных размеров деталей в зависимости от технологических параметров, геометрических характеристик инструмента ротационной вытяжки цилиндрических деталей из сталей 10 и 12Х3ГНМФБА на специализированном оборудовании коническими роликами с разделением очага деформации. Выявлены рациональные технологические режимы обработки.
Ключевые слова: ротационная вытяжка, труба, ролик, оправка, шага подачи, степень деформации, угол, деталь, диаметр.
Обеспечение заданной точности внутренних диаметральных размеров деталей dd при ротационной вытяжке регламентируется диаметром рабочей оправки dопр, а также условиями деформирования (режимами обработки, схемами ротационной вытяжки и геометрическими параметрами деформирующих роликов) [1, 2].
Рациональными при ротационной вытяжке являются условия деформирования, при которых dd > dопр на величину минимального зазора между деталью и оправкой. Уменьшение внутреннего диаметра детали dd при определенных условиях ротационной вытяжки может привести к плотной посадке ее на оправку, затруднить съем детали и вызвать появление царапин на внутренней поверхности детали и поверхности оправки.
9
Изготовление детали с внутренним диаметром значительно больше диаметра оправки также нежелательно, так как приводит к появлению погрешностей формы детали (овальности, кривизне образующей, волнистости).
Для оценки влияния технологических параметров процесса, геометрических параметров инструмента на точность внутренних диаметральных размеров изготавливаемых деталей выполнены экспериментальные исследования с регистрацией значений внутреннего диаметра деталей dd при переменных значениях степени деформации е, рабочей подачи £, частоте вращения заготовки п и радиусе закругления ролика г. Здесь е = (1 - t / ^о)100 %; to и t - толщина стенки исходной заготовки и детали;
dd - внутренний диаметр получаемой детали; Ър = (dd - ddH )/ ddH ;
ddH = dопр; dопр - диаметр оправки.
Предварительные экспериментальные исследования по ротационной вытяжке цилиндрических деталей из разных материалов показали, что наиболее эффективной в части получения высоких исследуемых точностных характеристик деталей является схема с разделением деформации по сравнению с другими возможными схемами формоизменения (схемами с применении деформирующих роликов открытой и закрытой калибровки)
при использовании комплекта роликов с углами ар1 = 15°; ар2 = 30°;
а р = 30° [3]. Поэтому ротационная вытяжка цилиндрических деталей из
исследуемых материалов осуществлялась по 3-роликовой схеме с разделением очага деформации.
Построение теоретической модели для определения относительной величины отклонения внутреннего диаметра детали от номинального значения Ър при ротационной вытяжке не представляется возможным. Поэтому для построения математической модели исследуемого показателя качества необходимо проведение экспериментальных исследований с последующей обработкой результатов на основе регрессионного анализа в сочетании с теорией планирования эксперимента.
Так как предварительные эксперименты показали, что линейная модель может не удовлетворять условию адекватности, то для проведения экспериментальных исследований согласно рекомендациям [4, 5] был выбран план Рехтшафнера.
В соответствии с планом Рехтшафнера в табл. 1 приведены уровни и интервалы варьирования технологических параметров процесса ротационной вытяжки, влияющие на величину изменения относительной величины отклонения внутреннего диаметра детали от номинального значения Ър в натуральных значениях.
Таблица 1
Уровни и интервалы варьирования технологических параметров процесса ротационной вытяжки
Обозначение факторов X1 X 2 X 3 X 4
e, % S, мм/об -1 n, мин r, мм
Сталь 10 Сталь 12Х3ГНМФБА
Основной уровень 0 45 0,75 75 110 6
Интервал варьирования 15 0,5 25 40 3
Нижний уровень -1 30 0,5 50 70 3
Верхний уровень +1 60 1,0 100 150 9
Связь натуральных и кодированных значений факторов осуществляется по следующим формулам:
Xi0 = (Xi max + Xi min) / 2; DXi = (Xi max - Xi min ) / 2 ;
xi = (Xi + Xio)/AX,; Xi = x • AX, + XiQ, где Xi o - значение фактора на основном уровне в натуральном масштабе; Xi, Xi - значение факторов в кодированном и натуральном масштабах; DXi - интервал варьирования фактора в натуральном масштабе.
Опыты равномерно дублировались, для каждой группы фиксированных параметров проводилось по шесть параллельных опытов. При определении границ области эксперимента использованы значения факторов, установленные в предварительно проведённых экспериментальных исследованиях. Согласно данному плану эксперимента была проведена серия опытов, и после проверки значимости коэффициентов уравнений регрессии по t -критерию Стьюдента из этих зависимостей были исключены незначимые коэффициенты и произведен перерасчет моделей с проверкой их адекватности по F -критерию Фишера при уровне значимости, равном 0,05 [4, 5].
Для проведения экспериментальных исследований были использованы трубные заготовки из малоуглеродистой стали 10 и легированной стали 12Х3ГНМФБА. Заготовки из стали 10 подвергались предварительной калибровке и последующей механической обработке, а заготовки из стали 12Х3ГНМФБА - механической обработке. Основные размеры исходных заготовок представлены в табл. 2.
Таблица 2
Геометрические характеристики исходных заготовок
Материал заготовки ^вн, мм , мм
Сталь 10 210,8 9,2
Сталь 12Х3ГНМФБА 116,2 6,05
Экспериментальные работы проводились на стане В-280. Стан оснащен 3-роликовой кареткой с гидравлическим приводом осевого перемещения. Деформирующие ролики расположены через 120° по периметру окружности. В качестве деформирующего инструмента при проведении экспериментальных работ были использованы конические ролики с открытой калибровкой диаметрами Эр = 280мм с углов рабочего конуса
(первого а р1 = 15° и второго и третьего а р2 = а рз = 30° роликов) и радиусом при вершине ролика г.
Типовая конструкция ролика приведена на рис. 1. Рабочий инструмент (ролики и оправка) изготавливался с твердостью 56...62 ИЯСэ. Выбор указанных диапазонов режимов обработки и параметров инструмента обусловлен широким их использованием в практике [3].
Рис. 1. Ролик открытой калибровки
12
Для замеров диаметров деталей использовались приборы индикаторного типа. Цена деления индикатора составляла 0,01 мм.
Проведенные эксперименты и соответствующая обработка опытных данных позволили получить математические модели изменения относительной величины отклонения внутреннего диаметра детали от номинального значения :
для малоуглеродистой стали 10
= 0,114 - 0,023^ - 0,12х2 - 0,048х3 + 0,061х4 -
- 0,018 х1х2 + 0,019 х2 х3 + 0,009х2 х4 + 0,047х2; (1)
для легированной стали 12Х3ГНМФБА
= 0,641 - 0,044x1 - 0,260х2 + 0,021х3 + 0,106х4 -
- 0,064х1х2 - 0,076х1х3 - 0,056х2х3 + 0,015х3х4 - 0,187х3. (2) На рис. 2 и 3 представлены графические зависимости изменения относительной величины отклонения внутреннего диаметра детали от номинального значения в зависимости от степени деформации е, относительного радиуса при вершине ролика г = г / рабочей подачи £ при фиксированных значениях частоты вращения заготовки п при ротационной вытяжке деталей из стали 10.
Рис. 2. Зависимости изменения величины 5в от е, г и е, £: а - £ = 1 мм/мин, п = 50 мин-1; б - п = 100мин1, г = 0,32
\ \ \
\ \
\ \ о у
\
\ \
\ V \ °
\ \ \ \
V \ \
V \ \ \ V? Т
V \ \ \
мм! об
Рис. 3. Зависимости изменения величины Ър от п и Б
(е = 30 %, г = 0,98)
Анализ графических зависимостей и результатов экспериментальных исследований показывает, что с уменьшением относительной величины радиуса при вершине ролика г возрастает относительная величина отклонения внутреннего диаметра детали от номинального значения Ър во всех диапазонах степеней деформации, рабочей подачи числа оборотов вращения заготовки п . Установлено, что с увеличением рабочей подачи Б и степени деформации е в большинстве случаев сочетания исследуемых технологических параметров относительная величина Ър уменьшается.
Оптимизация регрессионных зависимостей (1) и (2) позволила выявить значения факторов в натуральном масштабе, при которых относительная величина Ър будет минимальна и максимальна. Результаты оптимизации приведены в табл. 3.
Таблица 3
Результаты поиска минимальной и максимальной величин Ър
Материал min/ max е, % Б, -1 п, мин г Ър
Сталь 10 Min 60 1,0 100 0,32 -0,0989
Max 30 0,5 50 0,98 0,4057
Сталь 12Х3ГНМФБА Min 60 1,0 150 0,49 -0,1453
Max 30 0,5 128 1,49 1,0236
Полученные зависимости изменения относительной величины отклонения внутреннего диаметра детали от номинального значения Ър могут быть использованы при разработке новых технологических процессов
и создания математических моделей деформирования при ротационной вытяжке с разделением очага деформации цилиндрических деталей из сталей 10 и 12Х3ГНМФБА.
Работа выполнена в рамках базовой части государственного задания №2014/227 на проведение научно-исследовательских работ Министерства образования и науки Российской Федерации на 2014 - 2020 годы и гранта РФФИ № 13-08-97-518 р_центр_а.
Список литературы
1. Ковка и штамповка: справочник в 4 т. Т. 4. Листовая штамповка / под общ. ред. С. С. Яковлева; ред. совет: Е.И. Семенов (пред.) и др. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 2010. 732 с.
2. Могильный Н.И. Ротационная вытяжка оболочковых деталей на станках. М.: Машиностроение, 1983. 192 с.
3. Яковлев С. С., Трегубов В. И., Яковлев С. П. Ротационная вытяжка с утонением стенки осесимметричных деталей из анизотропных трубных заготовок на специализированном оборудовании. М.: Машиностроение, 2009. 265 с.
5. Налимов В.В., Голикова Т.И. Логические основания планирования эксперимента. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Металлургия, 1980. 152 с.
6. Новик Ф.С., Арсов Я.Б. Оптимизация процессов технологии металлов методами планирования экспериментов. М.: Машиностроение; София: Техника, 1980. 304 с.
Трегубов Виктор Иванович, д-р техн. наук, проф., mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Ларина Марина Викторовна, канд. техн. наук, доц., mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Пасынков Андрей Александрович, канд. техн. наук, доц., mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
CHANGES IN THE INTERNAL DIAMETRIC DIMENSION AXISYMMETRIC DETAILS A T
ROTARY DRAWING
V.I. Tregubov, M. V. Larina, A.A. Pasynkov
The results of experimental studies on changing INT-nal diametrical dimensions of parts of the process parameters, geometry-cal characteristics of the instrument of spinning cylindrical parts made of steel and 10 12H3GNMFBA on specialized equipment taper kami division of the deformation zone. Identified rational technological re-presses processing.
Key words: rotary extractor, pipe roller mandrel feed step, the degree of deformation, angle, detail diameter.
Tregubov Victor Ivanovich, doctor of technical sciences, professor, mpf-tulaarambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Larina Marina Viktorovna, candidate of technical sciences, docent, mpf-tulaarambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Pasynkov Andrey Aleksandrovich, candidate of technical sciences, docent, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.9
ГОРИЗОНТАЛЬНАЯ ДИВЕРСИФИКАЦИЯ МАССОВОГО
ПРОИЗВОДСТВА
И.О. Аверьянова
Рассматривается особенность выбора металлорежущего оборудования при горизонтальной диверсификации массового производства и изменении программы выпуска изделий машиностроения в результате снижения потребительского спроса на рынке продукции.
Ключевые слова: технология, технологическое оборудование, диверсификация, трудоемкость, производительность, номенклатура.
В последнее время в нашей стране весьма остро стоит вопрос, касающийся диверсификации производства. Частным случаем диверсификации является образование своеобразной границы потребительского спроса, когда, при сохранении специализации количественный спрос на продукцию значительно снижается [1].
На протяжении многих лет идеологи теории массового производства уделяли много внимания поиску расширения области использования циклических автоматических линий (АЛ) даже при многономенклатурной обработке деталей. Однако особых достижений в этом вопросе достигнуто не было [2, 3].
Согласно [4] фактическая производительность технологического оборудования циклического действия выражается в следующем виде:
ПА. Л. = К- Л- ЛтЕХН • ЛЗАГР , (1)
где К - технологическая производительность изготовления детали за время рабочих ходов; ^ - коэффициент производительности, как доля рабочего хода к длительности цикла; ПТЕХН - коэффициент технического использования оборудования; ПзАГР - коэффициент загрузки оборудования.
