CC BY
56
Larin Sergey Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, mpf-tulaaramhler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Nuzhdin Georgiy Anatolievich, mpf-tulaaramhler. ru, Russia, Moscow, Organ hy Quality System Certification "Konsersium ",
Pasynkov Andrey Aleksandrovich, candidate of technical sciences, docent, mpf-tulaaramhler. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.983
ОБОБЩЕНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ РОТАЦИОННОЙ ВЫТЯЖКИ СЛОЖНОПРОФИЛЬНЫХ ОБОЛОЧЕК С ПЕРЕМЕННОЙ
ТОЛЩИНОЙ СТЕНКИ
В.И. Трегубов, О.В. Пилипенко, С.Н. Ларин, Е.В. Осипова
Подробно рассказывается о технологии ротационной вытяжки с разделением очага деформации для изготовления сложнопрофильных оболочек с переменной толщиной стенки. В качестве исходной заготовки используется горячекатаная труба из стали 10. В основу данной технологии положены результаты теоретических и экспериментальных исследований. Данная технология позволила снизить трудоемкость изготовления корпусов головных частей, снизить металлоемкость производства, повысить качество и надежность изготавливаемых деталей.
Ключевые слова: ротационная вытяжка, технологический процесс, сложно-профильные изделия, формоизменение.
Основными задачами, стоящими перед современной промышленностью, являются повышение качества выпускаемой продукции, экономия материала и повышение производительности труда. Важная роль в решении данных задач отводится методам обработки металлов давлением, которые позволяют обеспечивать безотходное формоизменение металла вместо механической обработки резанием.
Однако обеспечение размерной точности, качества наружной и внутренней поверхности встречает определённые трудности. Особенно важен вопрос, касающийся изготовления цилиндрических тонкостенных оболочек длиной более 1 м. Получение деталей этого типа с помощью традиционных методов обработки, например, методом глубокой вытяжки, требует большого количества прессовых, механических и термических операции, дорогостоящего оборудования и оснастки. Производство указанных деталей с применением механической обработки резанием тем сложнее, чем дльньше деталь, выше требования к точности и качеству детали. К тому же при изготовлении этих изделий резанием возникают высокие потери металла.
В последнее время при получении тонкостенных цилиндрических деталей находят всё более широкое применение методы обработки давлением с созданием локального очага деформации. Одним из таких методов является ротационная вытяжка [1, 2].
Значительное место в общем объёме деталей, изготавливаемых ротационной вытяжкой, занимает производство тонкостенных сложнопро-фильных деталей.
На АО «НПО «Сплав» имеется большой опыт по использованию ротационной вытяжки для изготовления тонкостенных сложнопрофильных оболочек из различных материалов на специализированном оборудовании. Для изготовления деталей этого типа успешное применяются схемы ротационной вытяжки роликами с открытой и закрытой калибровкой, а также с разделением очага деформации [1 - 4].
Далее представлен пример использования процесса ротационной вытяжки для получения сложнопрофильных оболочек с переменной толщиной стенки и наличием кольцевых центрирующих утолщений изделий ответственного назначения.
Главнми требованиями, предъявляемыми к сложнопрофильным оболочкам с переменной толщиной стенки и наличием кольцевых центрирующих утолщений изделий ответственного назначения, являются высокая точность геометрической формы, линейных и диаметральных размеров и толщины стенки; обеспечение высокой конструктивной прочности при минимальных весовых характеристиках; обеспечение качества поверхности, исключающего наличие поверхностных дефектов (пятен, царапин, забоин, трещин и др.). В зависимости от назначения длина таких оболочек может быть различной и достигает до 2000 мм и более.
С учетом предъявляемых к корпусам изделий ответственного назначения требований при разработке технологии их изготовления осуществляется выбор наиболее рационального типа исходной заготовки и методов обработки, гарантирующих строгое обеспечение вышеуказанных требований. Действующая до настоящего времени технология изготовления таких оболочек длиной более 2000 мм предусматривала изготовление их из двух составных частей, каждая из которых предварительно изготавливалась из трубных заготовок с последующей их сваркой в единую конструкцию и окончательной механической обработкой. Суммарный цикл изготовления типовой сварной конструкции сложнопрофильной оболочки, включая окончательную механическую обработку, состоит из 22 основных операций.
Таким образом, действовавшая технология изготовления сложно-профильной оболочки имеет достаточно высокую трудоемкость, требующую использования большого количества различного рода оборудования, производственных площадей и численности работающих. Кроме того, наличие сварных швов в сложнопрофильных оболочках, работающих в усло-
виях высоких динамических нагрузок, в том числе и после их длительного хранения при плюсовых и минусовых температурах, снижает их эксплуатационную надежность.
В связи с изложенным на АО «НПО «Сплав» были проведены работы по созданию цельнометаллической конструкции сложнопрофильных оболочек и промышленной технологии их производства. В основу этих разработок были положены результаты теоретических и экспериментальных исследований [3, 4].
На рис. 1 представлена схема типового технологического процесса изготовления цельнометаллической конструкции сложнопрофильной оболочки с применением метода ротационной вытяжки.
236-3,0
1
1 /
I /
/
/
/
У
/
У
/
/
1 /
1 0207 шах
1. Резка трубы на мерные заготовки
2. Калибровка 3. Термообработка
/////
15±1
610
,+Ю
4. Механическая обработка под ротационную вытяжку
5. Ротационная вытяжка первая
1120 ±2
2080 ид
6. Ротационная вытяжка вторая 7. Низкотемпературный отжиг
8. Окончательная механическая обработка
Рис. 1. Схема типового технологического процесса изготовления цельнометаллической конструкции сложнопрофильной оболочки
В качестве исходной заготовки используется горячекатаная труба 245х16 ГОСТ 8732 из стали 10, которая после разрезки на мерные заготовки подвергается калибровке по наружному диаметру на гидравлическом прессе.
Операция калибровки предназначена для получения более точных диаметральных размеров, приближенных к размерам заготовки под ротационную вытяжку, что позволяет обеспечить минимально необходимые величины припусков на последующую механическую обработку наружной и внутренней поверхностей заготовок. Операция выполняется на гидравлических прессах модели ПА 7832. Схема калибровки заготовок показана на рис. 2.
Нижняя часть штампа, установленная на столе 1 пресса, состоит из подштамповой плиты 2, на которой установлен съемник 3. Через промежуточное кольцо 4 соосно со съемником размещена матрица 5, запрессованная в бандаже 6. Нижняя часть штампа закрепляется на столе пресса с помощью прижимной плиты 7 и болтов 8.
Рис. 2. Схема калибровки трубных заготовок по наружному диаметру
Сила зажима передается через направляющую втулку 9, установленную соосно с матрицей. Направляющая втулка служит для точной установки исходной заготовки 10 в штампе перед калибровкой. Верхняя часть штампа состоит из пуансона 11, который с помощью патрона 12 закреплен на ползуне 13 пресса. Рабочий цикл калибровки осуществляется
254
следующим образом. Исходная заготовка 10 с помощью загрузочного устройства устанавливается в направляющей втулке 9. Загрузка осуществляется при исходном, верхнем положении ползуна 13 с пуансоном 11. После этого осуществляется ускоренное перемещение ползуна 13 вниз, при этом направляющая часть пуансона входит в полость заготовки.
При подходе буртика пуансона к верхнему торцу детали ускоренный ход пуансона переключается на рабочий, при этом буртик пуансона, воздействуя на торец заготовки 10, проталкивает ее через матрицу 5, уменьшая диаметр заготовки до размера матрицы. Проталкивание заготовки осуществляется до раздвижных подпружиненных захватов съемника 3, после чего включается обратный ход ползуна, при котором пуансон поднимается в исходное верхнее положение, а заготовка удерживается захватами съемника. После окончательного съема заготовки с пуансона она удаляется из зоны обработки выгрузочным устройством. Затем осуществляется загрузка очередной заготовки, и цикл работы пресса повторяется.
Перед проведением калибровки заготовки подвергают циклу подготовительных химических операций: травлению и фосфатированию, которые производятся на специализированных агрегатах модели АФ-1, работающих в автоматическом режиме. С учетом жестких требований, предъявляемых к детали по качеству поверхности, исключающих наличие дефектов наружной и внутренней поверхностей, исходные заготовки после калибровки подвергают механической обработке (расточке, обточке).
В процессе механической обработки наружной и внутренней поверхностей заготовок достигается необходимая размерная точность, точность взаимного расположения поверхностей, шероховатость поверхностей и др. Операции механической обработки осуществляются на токарных станках модели 16К20, оснащенных соответствующими приспособлениями.
После механической обработки заготовки подвергаются ротационной вытяжке. Ротационная вытяжка является основной формообразующей операцией в технологическом цикле изготовления цельнометаллических корпусов.
В результате проведения ротационной вытяжки обеспечиваются с высокой точностью основные геометрические параметры готовой детали, точность ее геометрической формы, качество поверхности. Кроме того, в процессе ротационной вытяжки происходит значительное упрочнение (в 1,6.. .2 раз по сравнению с механическими свойствами исходной заготовки) материала детали.
Для крупногабаритных тонкостенных осесимметричных деталей ротационная вытяжка является наиболее экономически целесообразным методом, так как использование других традиционных методов является либо технически невозможным или экономически нецелесообразным способом. Например, метод глубокой вытяжки неприменим из-за отсутствия
прессового оборудования соответствующих габаритов, а изготовление тонкостенных осесимметричных оболочек длиной свыше 2000 мм механической обработкой по наружной и внутренней поверхностям является весьма трудоемким процессом, характеризующимся низким коэффициентом использования металла и высокой себестоимостью продукции. Кроме того, механическая обработка не может упрочнить исходный материал, поэтому потребуется дополнительно замена исходного материала на более высокопрочный, имеющий более высокую стоимость.
Для ротационной вытяжки корпусов был использован трехролико-вый давильный раскатной станок В-280М. В качестве рабочего инструмента использовалась оправка и деформирующие ролики, изготовленные из легированной инструментальной стали 9Х1, закаленной с обеспечением твердости ИЯС 56...62. Обработка полуфабрикатов производилась по способу ротационной вытяжки с разделением деформации. Схема деформирования сложнопрофильных оболочек представлена на рис. 1.
Особенностью ротационной вытяжки по вышеуказанному способу является возможность создания благоприятных условий для деформирования материала, позволяющих наиболее полно использовать пластические свойства материала с одновременным обеспечением высокой точности размеров, геометрической формы, а также высококачественной поверхности изготавливаемых деталей. Разделение суммарной деформации между роликами позволяет вести процесс ротационной вытяжки с высокими степенями деформации при более низких потребных силах по сравнению с традиционными способами ротационной вытяжки.
Суммарная степень деформации составляет 70 %. Для формоизменения использовались комплекты роликов диаметром Бр = 260 мм, шириной В = 85 мм, радиусом закругления при вершине г = 6 мм, с углами конуса ар1 = 15° и ар2,з = 30°. Частота вращения шпинделя составляла
п = 200 1/мин, осевая подача - £ = 1,2 мм/об.
Деформация распределялась между тремя валками, расположенными под углом 120 градусов по отношению друг к другу, по разработанным рекомендациям [3, 4]. Такая схема проведения процесса формообразования позволяет снизить радиальную силу со стороны металла на деформирующие элементы, облегчить протекание процесса и стабилизировать получение конечного результата. Ротационная вытяжка ведется по циклограмме от загрузки заготовки до съема готовой детали. Заготовка посредством автоматической загрузки одевается на оправку и поджимается с торца к оправке упором. Оправке придается вращение, и одновременно клеть перемещается в исходное положение начала раскатки. Далее происходит сведение валков на установленный зазор с учетом упругих деформаций металла заготовки при одновременном продольном перемещении клети с формообразованием заходного конического участка до определенного ста-
256
билизирующего момента, обеспечивающего равномерное стенкообразова-ние на определенной чертежом длине детали. Линейные перемещения клети и разведение, сведение деформирующих элементов обеспечиваются электронными датчиками, позволяющими получать деталь с необходимыми геометрическими параметрами.
По завершении рабочего перемещения валки разводятся. Прекращается вращение оправки. Отводятся упор и пиноль и осуществляется съем детали. Для новой детали цикл повторяется вновь. Далее производится отжиг детали, уменьшающий остаточные напряжения, и окончательная механическая обработка: обточка концевых утолщений и подрезка длины в окончательный размер. На этапе экспериментальной технологии были установлены наиболее рациональные технологические режимы обработки, геометрические параметры деформирующего инструмента.
Результаты проведенных работ показали, что создание цельнометаллической конструкции сложнопрофильной оболочки и прогрессивной технологии ее производства позволил: снизить трудоемкость изготовления корпусов головных частей на 45 %; снизить металлоемкость производства до 37 %; повысить качество и надежность изготавливаемых деталей за счет исключения сварных швов, точности геометрической формы и взаимного расположения поверхностей.
Работа выполнена в рамках гранта РФФИ № 15-48-03235 и гранта правительства Тульской области ДС/127.
Список литературы
1. Гредитор М.А. Давильные работы и ротационное выдавливание. М.: Машиностроение, 1971. 240 с.
2. Могильный Н.И. Ротационная вытяжка оболочковых деталей на станках. М.: Машиностроение, 1983. 192 с.
3. Трегубов В.И. Ротационная вытяжка с утонением стенки цилиндрических деталей из труб на специализированном оборудовании. Тула: Тульский полиграфист, 2002. 148 с.
4. Белов Е.А., Юдин Л.Г. Ротационная вытяжка на специализированном оборудовании // Ковка и штамповка: справочник. Т. 4. Листовая штамповка / под ред. А.Д. Матвеева; ред. совет: Е.И. Семенов (пред.) и др. М.: Машиностроение, 1987. С. 234 - 257.
Трегубов Виктор Иванович, д-р техн. наук, проф., тр{-Ы1а@,гатЪ1ег.ги, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Пилипенко Ольга Васильевна, д-р техн. наук, проф., тр/-Ы1а@,гатЪ1ег.ги, Россия, Орел, Государственный университет,
Ларин Сергей Николаевич, д-р техн. наук, проф., тр-и1а@,гатЪ1ег.ги, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
257
Осипова Елена Витальевна, асп., mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
SYNTHESIS AND THEORETICAL RESEARCH EKSPERIMENITALNYH ROTARY DRAWING FIGURINE SHELLS WITH VARIABLE WALL THICKNESS
V.I. Tregubov, O. V. Pilipenko, S.N. Larin, E. V. Osipova
The article details the rotary drawing technology with time-division strain for the manufacture of complex-shells with variable wall thickness. As the initial preform used hot-rolled steel pipe 10. The basis of this technology on the results of theoretical and experimental investigations of former. This technology has reduced the complexity of manufacturing buildings warheads, reduce metal production, is improve the quality and reliability of manufactured parts.
Key words: rotary extractor, process, difficult-profile products forming.
Tregubov Victor Ivanovich, doctor of technical sciences, professor, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, NPO «SPLA V»
Pilipenko Olga Vasilievna, doctor of technical sciences, professor, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Orel State University,
Larin Sergey Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Osipova Elena Vitalievna, postgraduate, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.983:539.374
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ КОНИЧЕСКИХ КУМУЛЯТИВНЫХ ОБЛИЦОВОК
А.Е. Киреева, В. Д. Кухарь, О.Н. Митин
Рассмотрены основные технологии получения конических облицовок. Выявлены достоинства и недостатки.
Ключевые слова: кумулятивная облицовка, прутковая заготовка, штамповка, матрица, пуансон, деформация, обработка металлов давлением.
Важнейшим элементом кумулятивного заряда, во многом определяющим его пробивную способность, является облицовка кумулятивной выемки [4]. При этом повышение пробивного действия кумулятивного заряда существенно зависит от физико-механических свойств материала облицовки и технологии ее изготовления.
В настоящее время наибольшее распространение получили медные облицовки конической формы (рис.1), которые квалифицируются по геометрическим размерам согласно таблице.
258
