CC BY
25
ТЕХНОЛОГИЯ МАШИНОСТРОЕНИЯ
УДК 621.780.06
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-5-307-308
МОНИТОРИНГ ПРОЦЕССОВ ЭКСПЛУАТАЦИИ, ИЗНОСА И РАЗРУШЕНИЯ ШТАМПОВОГО
ОБОРУДОВАНИЯ
В.Н. Гадалов, С.Н. Кутепов, О.М. Губанов, А.В. Филонович, А.А. Калинин
В статье представлены результаты мониторинга процесса эксплуатации, износа и разрушения штампового оборудования. Показано, что оснастка подвергается значительному комплексному воздействию ряда разрушающих факторов - тепловое и силовое нагружение, контакт с окалиной, адгезионные процессы, которые ведут к износу контактных поверхностей инструмента. Рассмотрены процессы эксплуатации, износа и разрушения штампового инструмента, используемого для холодного деформирования стальных изделий, а также основные направления повышения их износостойкости.
Ключевые слова: мониторинг, износостойкость, штамповый инструмент, деформация, разрушение, пуансон, матрица, напряжения, эрозия.
Обработка металлов давлением (ковка, штамповка и т. п.) является одним из самых высокопроизводительных и экономичных процессов изготовления деталей в машиностроении. При штамповке отсутствует съем металла с заготовки, а необходимая форма детали получается за счёт пластического деформирования металла. Пластическое деформирование металла при штамповке осуществляется за счет воздействия на него штампового инструмента, имеющего требуемую форму и размеры [1-4].
Материал штампа и его термическая обработка выбираются в соответствии с нагрузками, возникающими в процессе эксплуатации штампов. Эти нагрузки и характер их воздействия на материал инструмента зависит от технологического процесса формообразования при штамповке. Различают две группы штампов, в пределах которых нагрузки на материал инструментов в той или иной мере сходны -это штампы холодного деформирования металла и штампы для горячего деформирования.
К группе штампов для холодной деформации относятся вырубные и вытяжные штампы, штампы для деформации металла выдавливанием, для холодной объёмной штамповки, а также гибочные штампы. Для всех видов вышеназванных штампов рабочая температура не превышает (200...300) °С.
Вырубные и пробивные (перфорационные) инструменты. Вырубкой, пробивкой, глубокой вытяжкой, гибкой изготовляют сложные по конфигурации, соответствующие по форме и размеру детали с высоким качеством поверхности.
Во время вырубки пуансон и кромка матрицы разделяют материал листа вдоль замкнутой линии. Толщина листа колеблется от нескольких десятых миллиметра до 10 мм. Пуансон представляет собой брусок или цилиндр, рабочей частью которого является режущая кромка. Матрица - это не очень толстая плита, имеющая сквозные отверстия, соответствующие форме и размеру вырубаемой детали или пробиваемому отверстию. От состояния режущей кромки в значительной мере зависят возникающие в материале напряжения и деформация. На первой стадии вырубки поверхность пуансона давит на вырубаемый материал, а на второй стадии режущие кромки пуансона врезаются в него. Возникающее при вырубке усилие среза подвергает пуансон сжатию и продольному изгибу, а матрицу сжатию и поперечному изгибу (рис. 1).
Напряженное состояние инструментов, следовательно, очень сложное, трехосное. Большое сжатие вдоль кромки приводит к затуплению, а растягивающие усилия - к выкрашиванию. К этому следует добавить, что нагрузки эти - циклические и знакопеременные, большей частью динамические, вызывающие усталость материала. Наибольшая динамическая нагрузка приходится на матрицу. Из-за вибрации ползуна пресса возникают новые повторяющиеся нагрузки. Обычно тяжелее всего переносят сложные нагрузки пуансоны малого диаметра. Осевое сжатие, действующее на периферию режущих кромок матрицы, зависит от сопротивления сдвигу вырубаемого материала: Рср = 2,25 т.
Осевое сжимающее усилие (напряжение) вдоль режущей кромки равно двукратному среднему, иначе говоря, оно может достигнуть пятикратного значения прочности сдвигу вырубаемого материала, т. е. по абсолютной величине (3000.5000) Н/мм2. Под воздействием большого поверхностного сжатия имеют место трение материала об элементы штампа, а также некоторое проникновение пуансона в матрицу, что оказывает значительное изнашивающее воздействие.
В дальнейшем такая циклическая нагрузка может возникнуть также вследствие колебаний (вибрации) ползуна пресса в тот момент, когда пуансон выходит из матрицы.
Рис. 1. Схема нагружения матрицы: Г - усилие среза; N - результирующее напряжение, нагружающее матрицу в радиальном направлении
Вследствие трения и преобразования части работы деформации (необходимой для вырубки) в тепло температура режущей кромки в зависимости от качества вырубаемого материала может достигнуть (150...300) °С.
Вырубные инструменты обычно очень сложны по конфигурации, по профилю и. следовательно, после закалки уже не могут быть исправлены, поэтому сохранение размера и формы является одним из важнейших свойств инструментальной стали.
Вытяжные инструменты можно подразделить на две группы: инструменты глубокой вытяжки и инструменты вытяжки проволоки. Прутков и труб.
Инструменты глубокой вытяжки. В процессе глубокой вытяжки из листа вытяжной матрицей (например, в виде кольца) и вытяжным пуансоном вытягивают полое тело. Во время формования (деформирования) помещенный на кольцо лист не закреплен по наружному контуру, поэтому он изменяет свою форму, скользя между пуансоном и матрицей; в процессе вытяжки пуансон, развивая высокое давление, постоянно загибает лист на скругленную кромку вытяжного кольца, а затем затягивает его в кольцо и протягивает через вытяжное отверстие. Вытяжное усилие тем меньше, чем тоньше деформируемый лист и ниже его прочность, а также чем больше радиус вытяжной кромки кольца. В то же время минимальный радиус скругления - важное условие предупреждение образования складок. Поэтому очень важным является определение наиболее целесообразного округления кромок вытяжного кольца и вытяжного штампа, а также установление соответствующего вытяжного зазора. В процессе вытяжки, а также при удалении полого тела из инструмента между контактирующими поверхностями инструмента и тела возникает трение, приводящее к значительному износу. Износ проявляется главным образом в увеличении размера вытяжного кольца; износ пуансона менее значителен, но способствует образованию царапин и вырывов на поверхности полого тела. Трение и износ можно снизить, употребляя инструмент с гладкой и износостойкой поверхностью. Трение может быть также снижено обработкой поверхности деформируемого листа и применением смазочных масел. В вытяжном кольце во время вытяжки, помимо радиального сжимающего напряжения, возникает также циклическое тангенциальное растягивающее напряжение; они распирают кольцо (рис. 2). Следовательно, материал вытяжного кольца должен также противостоять повторяющимся растягивающим напряжениям; он должен быть прочным. Для обеспечения наиболее благоприятного состояния сжатия вытяжные кольца подвергают предварительному напряжению различными способами.
Деформация материала выдавливанием - это высокопроизводительный способ, которым изготовляют прутковые и полые тела с размерами большой точности и высоким качеством поверхности. В процессе выдавливания материала поперечное сечение исходной заготовки из листа или прутка уменьшают до соответствующего размера и формы или же формуют в полое тело.
В закрытом пространстве (в матрице) пуансон подвергает исходную заготовку давлению; металл, оказывающийся в состоянии почти гидростатического сжатия, вытекает через конусное отверстие матрицы (прямое выдавливание) или через щель между матрицей и пуансоном (обратное выдавливание).
Из теории следует, что на элементы инструмента для выдавливания действуют сложные и значительные нагрузки. В полости инструмента в зависимости от прочности деформируемого материала нужно создать чрезвычайно большое давление, порядка (1000.3000) Н/мм2, которое также должен и выдержать и пуансон. Если пуансон несколько децентрирован, то образуются дополнительные изгибающие и растягивающие нагрузки. Возникающие при высоком давлении между формуемым материалом и инструментом трение вызывает сильный нагрев и увеличивает износ инструмента. Для снижения тре-
ния инструмент следует полировать, а во время работы смазывать. Матрица, помимо сильного изнашивающего воздействия, обусловленного трением, подвергается также сложным всесторонним нагрузкам, повторяющимся в каждом цикле деформации. В зависимости от степени предварительного напряжения матрица может испытывать чисто растягивающие, растягивающее - сжимающие и чисто сжимающие напряжения. При увеличении давления предварительное напряжение инструмента является обязательным условием.
а - тангенциальное напряжение
При холодной высадке инструмент (высадочный инструмент) деформирует материал в холодном состоянии одним ударом - штамповкой.
Инструмент выдавливает свою форму или негатив в холодном материале, находящемся в высокопрочном состоянии. Обычно деформацию производят две половинки инструмента: движущийся пуансон в зависимости от типа машины впрессовывает материал в неподвижную матрицу. Прессовальные машины с медленным перемещением инструмента и с коротким ходом имеют намного меньшую динамическую нагрузку на инструмент, чем высокоскоростные машины. В разъемных или целых матрицах в ходе деформации от внутреннего давления возникает сложнонапряженное состояние (см. рис. 2). Это состояние при каждой деформации повторяется. Между рабочей поверхностью матрицы и деформируемым материалом возникает значительное трение, сильно изнашивающее инструмент.
Такого рода многоосная и динамическая нагрузка характерна также и для высадочных инструментов, формующих головки болтов, заклепок, гвоздей. Разрушение таких инструментов происходит от расширения отверстий матриц, их опускания и прогибания, что является следствием недостаточной величины предела текучести при сжатии материала инструмента; кроме того, это ведет к усталости, отслоению и износу рабочей поверхности.
Инструменты для выдавливания полостей матриц, которые не могут быть изготовлены резанием, подвержены еще более высоким сжимающим нагрузкам (2800.3500) Н/мм2, а также весьма значительному изнашивающему воздействию, обусловленному трением между материалом и штампом.
Части гибочного инструмента: гибочный пуансон и гибочная матрица, их формующие поверхности имеют форму детали, получаемой в результате гибки. При гибке плоский лист «втягивается» в полость, образуемую рабочими поверхностями гибочных инструментов. Вследствие перемещения, скольжения материала по поверхности матрицы возникает значительное трение. Из-за трения изнашиваются рабочие кромки инструмента, причем сильнее изнашивается матрица. Кроме того, инструмент испытывает большие сжимающие и изгибающие нагрузки. Гибочные инструменты часто имеют длину нескольких метров, поэтому необходимо избегать их коробления.
Инструментами для горячего деформирования обрабатывают стали, легкие цветные металлы. Имеются следующие технологические операции такой обработки: ковка в штампах, штамповка, снятие облоя, обработка выдавливанием, резка (рубка).
Нагрузка на формующий инструмент весьма сложная. Общим для каждой операции является то, что инструмент в зависимости от технологии на определенное время входит в соприкосновение с имеющей высокую температуру заготовкой, которая нагревает инструмент до нескольких сот градусов. С возрастанием температуры, как известно, свойства стали сильно изменяются. С прекращением контакта и с подключением охлаждения температура инструмента понижается и процесс повторяется. Поэтому температура инструмента и его поверхностных слоев постоянно изменяется, что вызывает явление термической усталости, к изменяющимся температурным нагрузкам добавляются еще и значительные механические нагрузки.
Ковочные и прессовые штампы. Штампы - это собранные в стальном блоке соответствующего качества разъемные инструменты с полостями, конфигурация которых негативна по отношению к обрабатываемой детали.
Разогретый до высокой температуры и вследствие этого пластичный материал забивают или запрессовывают в полость. Деформирующее давление (0.1000) Н/мм2 вызывает в матрице изменяющееся сложнонапряженное состояние.
Под воздействием высокого давления при ударе металл стремится заполнить полости матрицы. Конфигурация полости вызывает принудительное течение металла.
Острие кромки, углы матрицы, заусеничные каналы, мостики, вертикальные стенки оказывают большое сопротивление течению материала и оно затрудняется.
Между металлом, текущим с большой скоростью (~50 м/с) по полостям матрицы, зачастую покрытой окалиной, и стенками полости возникает трение, которое ведет к износу стенок и кромок инструмента. Кроме того, острые тонкие кромки и углы во время работы нагреваются до высокой температуры очень быстро (1000.2700) °С, а после удаления детали также быстро охлаждаются. Чем больше теплопроводность материала инструмента и чем быстрее тепло проникает внутрь инструмента, тем ниже температура его поверхности. Кроме того, если вся масса матрицы нагревается до высокой температуры (300.400) °С, то соответствующие слои инструмента попеременно нагреваются и охлаждаются. Эти изменения температуры и возникающие в результате этого сжатия и расширения повторяются при каждом цикле деформации. Вследствие небольших пластических деформаций от циклических нагрузок поверхностный слой может растрескаться из-за термической усталости. При увеличении времени контакта возможно возникновение местных перегревов (700.830) °С, которые могут привести к отжигу материала инструмента.
Эрозия матриц обусловлена усталостью, возникающей вследствие повторяющихся сжатий, остаточной деформации, хрупкого излома, вызываемого динамическим характером действия сил, износом, вызываемым истечением материала, термической усталостью, вызываемой нагревом матрицы и колебанием температур. Места образования характерных дефектов показаны на рис. 3.
Рис. 3. Места характерных дефектов матрицы:1 - термическая усталость; 2 - усталость;
3 - износ
Перечисленные явления в значительной мере зависят не только от свойств материала матрицы, но и от конфигурации ее полостей, их сложности, размеров, от точности установки и от условий эксплуатации (смазки, температуры инструмента, условий охлаждения и т. д.).
Обычно срок службы небольших и простых по форме матриц больше срока службы сложных по форме крупноразмерных матриц. Чем больше масса молота, тем меньше число производимых до первого его ремонта кованых деталей.
Нагрузка инструментов для снятия заусенцев зависит от размера обрезаемой детали. Чем больше размеры обрабатываемой детали, тем медленнее она остывает, и толщина заусенцев на ней обычно большая. Помимо большого давления, на кромку у заусенцеобразной машины следует также учитывать и тепловую нагрузку.
При небольших заусенцах нагрузка заусенцеобразной машины аналогична нагрузке холодного вырубного штампа.
Инструменты для выдавливания прутков и труб. В целях уменьшения сопротивления деформированию выдавливание стальных, тяжелых и легких металлов производят в горячем состоянии. По сравнению с изложенными нагрузками холоднодавильных инструментов здесь штамповочное давление меньше, однако, велика температура инструмента и в результате необходимости охлаждения возникают колебания температуры. Температура горячего выдавливания (°С) некоторых типов сплавов приведена ниже:
Алюминий - 450;
Сплав алюминия - 420 .480;
Медь и ее сплавы - 800. 900;
Сталь - 900.1150.
При выборе материала инструмента необходимо учитывать нагрев, уменьшающий прочность, и термическую усталость, вызываемую изменениями температуры. Требования, предъявляемые к материалу инструмента, зависят от свойств деформируемого материала, от температуры и продолжительности выдавливания, от величины давления и условий охлаждения инструмента.
В процессе работы штампы подвергаются интенсивному воздействию высоких силовых нагрузок и температур, величины которых имеют переменный характер и вызывают интенсивный износ и потерю их работоспособности [5, 6].
Основными видами износа являются истирание, смятие и разгар. Они и определяют в основном стойкость штампов [1, 3].
Истирание (рис. 4) отрыв частичек металла штампа. Наиболее сильное истирание происходит в полостях, заполняемых выдавливанием, особенно в местах входа в полости и в местах перепада сечений. Истиранию подвергается мостик облойной канавки, что часто является причиной выхода штампа из строя. Истирание ускоряется при появлении разгара. При достаточной твердости и чистоте поверхности гравюры износ штампа незначителен.
Смятие (рис. 5) - деформация отдельных участков штампа, где имеют место высокие давления и местный сильный разогрев металла штампа. При этом искажается форма гравюры, в полостях и на выступах образуются поднутрения. Деформация молотовых штампов может проходить в плоскости соударения при перегреве штампов.
Рис. 4. Истирание штампа
Рис. 5. Смятие штампа
Разгар - образование сетки термических трещин на поверхности гравюры. Это наиболее частый вид износа. Для повышения разгаростойкости необходимо тщательно регулировать режим работы штампа или применять более разгароустойчивые штамповые стали.
Кроме этих основных видов износа имеют место налипание и свариваемость деформируемого металла с металлом штампа и другие виды износа.
В нормальных условиях эксплуатации в штампах имеют место три стадии износа: приработка (быстрый износ ручья), установившийся (медленный) износ и прогрессирующий износ (штамп быстро выходит из строя).
С учетом необходимости сопротивления штампов микро- и макроразрушению в указанных условиях, к свойствам штамповых материалов предъявляется ряд специальных требований, выполнение которых определяет место их эффективного применения для штампов.
Основные требования к штамповым материалам, следующие:
- инструментальный штамповый материал в первую очередь должен иметь высокую твердость, которая должна быть выше твердости обрабатываемого не менее чем в 1,5 раза. Поскольку при штамповке выделяется значительное количество теплоты, и ударная часть штампов нагревается, инструментальный материал должен обладать высокой теплостойкостью, т.е. сохранять высокую твердость при высоких температурах;
- важным требованием является достаточно высокая прочность штампового материала. Если высокая твердость материала рабочей части штампа не обеспечивается необходимой прочностью, то это приводит к разрушению штампа и выкрашиванию кромок. Таким образом, инструментальный материал должен иметь достаточный | уровень ударной вязкости и сопротивляться появлению трещин (т.е. иметь высокую трещиностойкость);
- штамповый материал должен иметь высокую износостойкость при повышенной температуре, т.е. обладать хорошей сопротивляемостью истиранию обрабатываемым материалом, которая проявляется в сопротивлении материала контактной усталости [2];
- необходимым условием достижения высоких штамповых свойств является низкая физико-химическая активность штампового материала по отношению к обрабатываемому. Поэтому кристалло-химические свойства инструментального материала должны существенно отличаться от соответствующих свойств обрабатываемого материала.
Штамповый материал должен обладать технологическими свойствами, обеспечивающими оптимальные условия изготовления из него штампов. Для штамповых сталей ими являются:
- хорошая обрабатываемость резанием и давлением;
- благоприятные особенности термической обработки (малая чувствительность к перегреву, хорошие закаливаемость и прокаливаемость, минимальные деформирование и образование трещин при закалке и т.д.);
- хорошая шлифуемость после термической обработки [3].
Твердость и прочность штамповых материалов - это свойства антагонисты, т. е. чем выше твердость материала, тем ниже его прочность. Поэтому набор основных свойств и определяет область и условие рационального использования штампового материала.
Для повышения стойкости штампов необходимо применение оптимальных для данных условий деформации тепло- и износостойких штамповых сталей. Применение прогрессивных методов изготовления штампов и химико-термической обработки, оптимальной с точки зрения стойкости конструкции штампа, сменных вставок для наиболее изнашиваемых частей. Эксплуатация штампов на оптимальных режимах, обеспечивающих необходимую температуру штампа, и установление тщательного учета стойкости штампов с обязательным выяснением причин поломок, малой и высокой стойкости штампов.
Заключение. Повышение стойкости штампов является одним из средств ускорения научно-технического прогресса, что ведёт к созданию принципиально новых орудий труда, инновационных технологий и материалов, технологических процессов, превосходящих по своим технико-экономическим показателям лучшие отечественные и мировые достижения.
Для увеличения стойкости остатки и инструмента необходимым является выяснение причин и факторов, оказывающих негативное влияние на функционирование оснастки.
Поэтому для выяснения причин отказов необходимо регулярно собирать статистические данные о ресурсе работы до переточки и характера дефектов инструмента. На основании таких статистических данных можно классифицировать отказы по причинам их возникновения и разработать мероприятия по устранению этих причин. Так для штампов и прессформ такие статистические данные обычно фиксируются в паспорте. Именно поэтому важно не только аккуратно вести паспорт оснастки, но и регулярно проводить анализ статистических данных, собранных этим способом, Постоянный анализ позволяет вести процесс совершенствования оснастки и инструмента, их ресурса, а значит, в итоге снизить себестоимость продукции. На этапах анализа этот способ требует специфического обучения или качественного оборудования, за то даёт возможность поставить вопрос перед персоналом об инициативах по улучшению [4].
Например, вырубные штампы регулярно попадают в ремонт из-за поломки крайнего пуансона. При рассмотрении эксплуатации выяснено, что крайний пуансон из-за недостаточной ширины материала рубит только половиной кромки, а вторая половина не работает. При этом силы, действующие на пуансон со стороны заготовки и штампа, распределены неравномерно по длине кромки и частично направлены под углом к траектории движения пуансона, что вызывает смещение пуансона. Это и приводит к поломке или преждевременному износу инструмента. В качестве мер по улучшению процесса рекомендуется либо увеличить ширину материала, либо развернуть вырубку на некоторый угол [6-8].
При анализе условий работы конкретной единицы оснастки без учёта статистических данных необходимо знать рабочую температуру, напряжение на рабочей поверхности и во всем объеме штампа, скорость перемещения обрабатываемого металла вдоль гравюры и др. Ситуация усугубляется тогда, когда осваивается новый технологический процесс, связанный со сложной конфигурацией детали. Некоторые из указанных параметров можно оценить посредством ручного расчета, что требует высокой квалификации, а отдельные параметры - только интуитивно для чего необходим богатый профессиональный опыт. Возможен вариант применения специального компьютерного моделирования с использованием
программ, ориентированных на расчётах процессов деформации металла, которые позволяют учитывать процессы теплообмена штампа с обрабатываемым металлом и окружающей средой, оценивать его напряжённое состояние и возможность разрушения.
Работа российских предприятий характеризуется высокой степенью износа оборудования и изготовления основной гаммы оснастки из инструментальных материалов невысокого качества. В ближайшее время в силу большой, инертности процесса постоянного совершенствования на предприятиях такое положение в производстве, по-видимому, сохранится. Поэтому работы направленные на снижение трудоёмкости изготовления и увеличения стойкости инструмента являются актуальными [5-27].
Полученные результаты не противоречат научным изысканиям других авторов, работающих в данном направлении [1-9, 15-18, 20], а также нашим работам [10-14, 19, 21-28].
Вышеприведенные исследования могут быть использованы при создании и усовершенствовании новых материалов и ресурсосберегающих технологий и процессов их обработки, применяющихся при проектировании, изготовлении и ремонте штампового оборудования.
Работа выполнялась в рамках реализации Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2016-2021 годы».
Список литературы
1. Баранчиков В.И., Тарапанов А.С., Харламов Г.А. Обработка материалов в машиностроении. // Справочник. Библиотека технолога. М.: Машиностроение. 2002. 246 с.
2. Ковка и штамповка: Справочник: в 4-х т. Т.2. Горячая штамповка / Е.И. Семенов и др. М.: Машиностроение, 1986. 592 с.
3. Хомяк Б.С. Пути повышения износостойкости прессового инструмента / Б.С.Хомяк. М.: ВНИИТЭМР, 1986. 67 с.
4. Рудман Л.И. Справочник конструктора штампов.; под общ. ред. Л.И. Рудмана. М: Машиностроение, 1998. 496 с.
5. Бурумкулов Ф.Х., Иванов В.И. Восстановление и упрочнение разделительных штампов // Труды ВНИИТУВИД. М.: ГОСНИТИ, 1999. С. 203-215.
6. Чепрасов Д.П., Свищенко В.В., Околович Г.А. О механизме разрушения вырубных пуансонов из стали Р6М5 // В кн.: Кинетика и термодинамика пластической деформации. Тезисы докладов. Барнаул, 1988. С. 132.
7. Околович Г.А. Инструментальные стали для штампов холодного деформирования // Металловедение и термическая обработка металлов. 2006. № 6 (612). С. 3-9.
8. Бурумкулов Ф.Х., Лялякин В.П., Иванов В.И. Упрочнение режущего инструмента и штампо-вой оснастки созданием на их рабочих поверхностях наноструктурированных покрытий // Технология металлов. 2008. № 1. С. 12-16.
9. Иванов В.И. Увеличение износостойкости инструмента кузнечного производства путем применения электроискровых покрытий // Технология металлов. 2009. № 5. С. 50-55.
10. Изучение процессов износа и разрушения штамповой оснастки / В.Н. Гадалов, С.Г. Емельянов, Н.А. Кореневский, Т.Н. Розина // Известия Юго-Западного государственного университета. 2014. № 3 (54). С. 98-104.
11. Применение импульсивного лазерного облучения для повышения стойкости штампового оборудования / В.Н. Гадалов, Т.Н. Розина, О.В. Винокуров, А.В. Абакумов, О.А. Тураева // В сб.: Прогрессивные технологии и процессы. Сборник научных статей 2-й Международной молодежной научно-практической конференции: в 3-х томах. Отв. ред. Горохов А.А., 2015. Курск. ЮЗГУ: ЗАО «Универси-теская книга», 2015. Т. 1. С. 221-223.
12. Повышение надежности оснастки и инструмента штампового оборудования / В.Н. Гадалов,
A.Е. Гвоздев, Н.Е. Стариков, Д.Н. Романенко, А.А. Калинин, Е.А. Филатов, И.А. Макарова, И.В. Ворна-чева // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2017. Вып. 11-2. С. 114124.
13. Пути повышения работоспособности оснастки и инструмента штампового оборудования /
B.Н. Гадалов, С.Г. Емельянов, И.В. Ворначева, И.А. Макарова, Е.А. Филатов // Вестник машиностроения. 2018. № 7. С. 63-65.
14. Модернизация процесса технологии электроискрового легирования / В.Н. Гадалов, И.В. Ворначева, И.А. Макарова, Е.А. Филатов, Е.А. Ельников, Р.Ю. Ерохин // Ремонт. Восстановление. Модернизация. 2019. № 5. С. 41-48.
15. Тимошенко В.А., Ковапь Н.П., Иванов В.И. Использование электроэрозионного диспергирования для повышения износостойкости рабочих частей разделительных штампов // Кузнечно-штамповочное производство. 1979. № 12. С. 13-14.
16. Тимошенко В.А., Иванов В.И. Повышение стойкости разделительных штампов // Машиностроитель. 1991. № 11. С. 27-31.
17. Шемегон В.И. Электроискровое упрочнение пробивных штампов // Станки и инструмент. 1995. № 5. С. 27-29.
18. Повышение ресурса работы штампов, прессформ и ЭКС трубного инструмента за счёт нанесения композиционных PVD покрытий [Электронный ресурс] URL: http ://termoplast-instmment.raiorom.net/all 829-pevyshenie-raboty.html (дата обращения: 14.04.2023).
19. Гадалов В.Н., Ляхов А.В., Макарова И.А. Повышение эффективности работы деталей и инструмента многоцелевого назначения путем направленного изменения параметров структуры и свойств материала износостойких покрытий // Главный механик. 2020. № 3. С. 70-79.
20. Повышение стойкости штампового инструмента с износостойким покрытием на формоизменяющих операциях / В.П. Табаков, В.Н. Кокорин, Е.Л. Корняков, О.И. Морозов, А.С. Алешин, Д.И. Сагитов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. № 6. С. 352358.
21. Металлография металлов, порошковых материалов и покрытий, полученных электроискровыми способами / В.Н. Гадалов, В.Г. Сальников, Е.В. Агеев, Д.Н. Романенко. М.: Изд-во Инфра-М, 2020. 468 с. (Научная мысль).
22. Оценка технического состояния и сроков безопасной эксплуатации металлических изделий / В.Н. Гадалов, С.В. Сафонов, В.Р. Петренко, Ю.В. Скрипкина, С.Н. Кутепов, А.А. Калинин, А.Е. Гвоздев, Е.А. Филатов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. № 5. С. 561-569.
23. Обзор композиционных металлополимеров, упрочненных нано- и ультрадисперсными частицами / В.Н. Гадалов, О.М. Губанов, И.В. Ворначева, В.Р. Петренко, И.А. Макарова // Упрочняющие технологии и покрытия. 2021. Т. 17. № 9 (201). С. 424-432.
24. Материаловедение и металловедение сварки / В.Н. Гадалов, В.Р. Петренко, С.В. Сафонов, Е.А. Филатов, А.В. Филонович. М.: Инфра-Инженерия, 2021. 308 с.
25. Нано: технологии, материалы, трубки, частицы. Применение в машиностроении, медицине и других отраслях техники / В.Н. Гадалов, В.Р. Петренко, О.М. Губанов, С.В. Сафонов. М.: Аргамак-Медиа, 2021. 216 с.
26. Мониторинг кинетических закономерностей износа внутренних поверхностей технологического оборудования из конструкционных материалов, работающих в условиях интенсивной коррозии с применением различных рабочих сред / В.Н. Гадалов, А.Н. Горлов, И.В. Ворначева, А.В. Филонович, И.А. Макарова // Упрочняющие технологии и покрытия. 2022. Т. 18. № 3 (207). С. 106-109.
27. Физико-математическое и химическое описание диффузионных процессов при сварке порошковых материалов / В.Н. Гадалов, С.Н. Кутепов, И.А. Коваленко, В.Р. Петренко, А.А. Калинин // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2023. № 2. С. 594-601.
28. Анализ производительности процесса электроэрозионного диспергирования в реакторе электроэрозионного диспергирования / В.Н. Гадалов, О.М. Губанов, А.В. Филонович, И.В. Ворначева // Справочник. Инженерный журнал. 2023. № 3 (312). С. 27-32.
Гадалов Владимир Николаевич, д-р техн. наук, профессор, gadalov-vn@yandex.ru, Россия, Курск, Юго-Западный государственный университет,
Кутепов Сергей Николаевич, канд. пед. наук., доцент kutepovsn@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный педагогический университет им. Л.Н. Толстого,
Губанов Олег Михайлович, канд. техн. наук, доцент, руководитель проектов по разработке новых видов продукции группы компаний НЛМК, gubanov_oleg81@mail.ru, Россия, Липецк, ПАО «Новолипецкий металлургический комбинат»,
Филонович Александр Владимирович, д-р техн. наук, профессор, filon8@yandex.ru, Россия, Курск, Юго-Западный государственный университет,
Калинин Антон Алексеевич, заместитель директора по коммерческим вопросам, antony-ak@mail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
MONITORING OF THE PROCESSES OF OPERA TION, WEAR AND DESTR UCTION OF STAMPING
EQUIPMENT
V.N. Gadalov, S.N. Kutepov, O.M. Gubanov, A.V. Filonovich, A.A. Kalinin
The article presents the results of monitoring the process of operation, wear and destruction of stamping equipment. It is shown that the tooling is subjected to a significant complex effect of a number of destructive factors - thermal and force loading, contact with scale, adhesion processes that lead to wear of the contact surfaces of the tool. The processes of operation, wear and destruction of die tools used for cold deformation of steel products, as well as the main directions of increasing their wear resistance, are considered.
Key words: monitoring, wear resistance, die tool, deformation, destruction, punch, matrix, stresses,
erosion.
Gadalov Vladimir Nikolaevich, doctor of technical science, professor, gadalov-vn@yandex.ru, Russia, Kursk, Southwest State University,
Kutepov Sergey Nikolaevich, candidate of pedagogical science, docent, kutepovsn@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State Lev Tolstoy Pedagogical University,
Gubanov Oleg Mikhailovich, candidate of technical science, associate professor, project manager for the development of new types of products of NLMK Group gubanov_oleg81@mail.ru, Russia, Lipetsk, Novo-lipetsk metallurgical plant Public joint stock company,
Filonovich Alexander Vladimirovich, doctor of technical sciences, professor, filon8@yandex. ru, Russia, Kursk, Southwest State University,
Kalinin Anton Alekseevich, deputy director for commercial affairs, antony-ak@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.822
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-5-315-316
ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ РАЗЛИЧНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ОПОРНОГО РОЛИКА ЛИСТОПЕРЕДАЮЩЕЙ СИСТЕМЫ ПЕЧАТНОЙ МАШИНЫ МЕТОДОМ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
Л.Б. Серкова, Л.Г. Варепо
Одним из важнейших вопросов проектирования машин является обеспечение надежности их работы. Основными причинами выхода из строя оборудования являются проблемы с отдельными деталями машины, отказы узлов. В работе изучены дефекты, возникающие в опорном ролике листопередю-щей системы печатной машины, предложены способы их устранения. В качестве альтернативы предложена конструкция опорного ролика, которая позволит повысить его надежность.
Ключевые слова: полиграфия, офсетная печать, листопередающая система, печатная машина, опорный ролик.
Обработка информации по отказам и неисправностям оборудования помогает оценить техническое состояние и фактическую надежность [1], а также даёт возможность принять решение по повышению надежности системы с помощью дополнительных мер. В процессе эксплуатации все узлы печатной машины подвергаются изнашиванию, деформациям и другим факторам, влияющим на его работоспособность. Надежность машины обеспечивается долговечностью деталей, из которых она состоит.
Немаловажным узлом печатной листовой машины является листопередающая система, т.к. именно от точности ее работы во многом зависит совмещение красок на выпускаемой продукции [2,3]. Т.к. офсетная печать используется для массового производства, то данный узел претерпевает высокие нагрузки и скорости вращения, поэтому актуальным является вопрос о долговечности деталей данного узла.
В свою очередь точность работы системы захватов во многом зависит от состояния опорных роликов. На рисунке 1 представлен опорный подшипниковый ролик, используемый в офсетной печатной машине.
Данный опорный ролик является одной из важнейших частей листопередающей системы, т.к. выход его из строя может привести к заклиниванию системы захватов, а также к возникновению погрешностей передачи листа, что в свою очередь ведет к дефектам печати или разрыву бумажного полотна.
Были изучены дефекты [4], возникающие в работе опорного ролика системы захватов листопе-редающей системы печатной машины, который более других деталей подвержен износу. Появление дефектов может быть обусловлено подбором смазочных материалов [5,6]. Исследование поверхности наружного кольца выявило ряд дефектов, для которых были предложены способы их устранения. Для улучшения поверхностного слоя деталей можно применять технологические методы, такие как упрочнение ультразвуком, дробеструйная обработка, гидродробеструйная обработка, гидрообразивная прокачка, выглаживание поверхности, вибровыглаживание, дорнование, центробежно-шариковая обработка, накатывание поверхности, методы лазерного, электронно-лучевого, плазменного и детонационного упрочнения, вакуумное ионно-плазменное упрочнение, ионное магнетронное распыление, ионное легирование, магнитное упрочнение деталей машин, упрочнение деталей наплавкой, химико-термическая обработка, нанотехнологии и др.
