CC BY
9
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ
УДК 621.735.004.18
Опыт использования технологии обработки металлов давлением в заготовительном производстве малого машиностроительного предприятия
С. Г. Комаишко, Г. Н. Кулик
Представлены различные машиностроительные технологии, использующие знания теории обработки металлов давлением. Показано, как это помогает на практике.
Ключевые слова: машиностроение, металлургия, технология, обработка металлов давлением, волочение, патрубок укрепления, штамп из жаропрочного бетона, тройник высокого давления, сверление глубокого отверстия.
Введение
Для успешного функционирования малого машиностроительного предприятия с преобладающим мелкосерийным и многономенклатурным производством его менеджменту необходимо четко представлять не только технологию, применяемую на данном предприятии, но и машиностроительную и металлургическую технологии вообще.
Цель работы
Показать на примерах многоликость решения задач путем применения технологий обработки металлов давлением.
Волочение
Трубопрокатный завод может изготовить трубы 049 X 13 X 7500 мм из стали 30Х2Н2МФА-Ш не менее десяти тонн, малому предприятию для изготовления труб 048 X 12 X 7000 мм из стали 30Х2Н2МФА-Ш по ТУ 1301-001-32003848-2001 в количестве 100 штук требуется восемь тонн. Остаток две тонны. Вряд ли это возможно назвать рентабельностью.
Но возникает еще вопрос, где взять трубы 041 X 10 X 7000 мм из стали 30Х2Н2МФА-Ш
по ТУ 1301-001-32003848-2001 для изготовления продуктового холодильника установки получения полиэтилена высокого давления? Из анализа данного «дефекта массы» возможно было предположить, что тот невостребованный остаток необходимо переработать в востребованные трубы
Для этого был спроектирован и изготовлен гидравлический волочильный стан, который помог (и помогает) решить и другие задачи. Например, некоторое предприятие получило заказ на трубы размерами 63 X 19 X 6000 мм из стали 12Х13-Ш по ТУ 1301-001-32003848-2001. Их изготовили по следующей технологической схеме: прессование — ковка на радиально-ковочной машине — накатка резьбы на части партии труб. И вся партия труб была забракована. Почему это произошло? Потому что менеджмент предприятия не учел наследственности, которую приносит каждая технологическая операция, а именно то, что горячедеформированные трубы имеют дефекты, которые перед следующим переделом необходимо исправлять, а также то, что получение резьбы на данной стали имеет свою специфику.
Такое количество забракованной продукции вряд ли может выдержать экономика не только малого, но и крупного предприятия.
Зная, что аналогичная партия кондиционных труб была поставлена ОАО «Дефорт», то
предприятие обратилось к нему за технической поддержкой, и при исследовании данного вопроса приняли решение проверить всю партию методами неразрушающего контроля, и:
• если результаты показывают, что требуется исправить дефекты на внутренней поверхности трубы шлифованием, то его необходимо провести, и если все остальные параметры трубы в норме, то данную трубу можно допустить к использованию;
• если результаты показывают, что резьба бракованная, то резьбовую часть трубы необходимо отрезать, а поскольку труба мерная, то с помощью волочения ее следует удлинить до требуемого размера, но при этом не выходя из параметров, которые предписаны прочностным расчетом; после деформации также необходимо привести в норму свойства металла и параметры поверхности.
Что и было проделано [1, 2].
Получение патрубка укрепления
Требовалось изготовить гнутые отводы из трубы диаметром 299 мм, толщиной стенки 30 мм и радиусом 1300 мм из стали 20, которые необходимы для производства колен реактора установки для получения полиэтилена высокого давления.
Работа могла быть выполнена двумя путями: на специализированном предприятии или собственными силами. Специализированные предприятия выставили такую цену, что заказ лишался всякого смысла.
Изготовление собственными силами могло быть осуществлено только путем штамповки, поскольку на предприятии имелись гидравлический пресс силой 6,3 МН и шахтная нагревательная индукционная печь.
Изготовление штампа по классической схеме, т. е. из термообработанной штамповой стали, изначально не рассматривалось, поскольку цена штампа достигла бы не менее 2 млн рублей. Даже если взять недорогую сталь, то это ненамного уменьшит стоимость, поскольку большую долю стоимости штампа составляет трудоемкость механической обработки.
Таким образом, требовалось найти такой материал, трудоемкость работы с которым была бы сравнительно невысокой и который выдерживал бы значительные давления при высокой температуре. Выбрали жаростойкий
высокопрочный бетон, предназначенный для футеровки промышленных печей, имеющий предел прочности 1020 МПа при 800 °С, что сопоставимо с механическими свойствами штамповых сталей.
Для уменьшения рисков и оценки возможности реализации этого проекта провели моделирование. Использовали гидравлический пресс 6,3 кН, нагревательную печь SNOL 8,2/1100 и штамп из жаропрочного железобетона. Модельными образцами служили патрубки из стали 20 размерами 76 X 4,5 X 300 мм, представленные в трех вариантах: без дополнительной доработки, с подпирающими пробками (посередине длины патрубков, поскольку взята двойная длина и после разрезки должен получиться требуемый отвод) и заполненные сухим песком. Штамповку производили при температурах 650, 750 и 850 °С.
При использовании патрубков с наполнителем при температуре штамповки 650 °С были получены вполне кондиционные отводы. Штамп выдержал девять штамповок с незначительными разрушениями по линии разъема и боковыми опорными поверхностями.
После обсуждения положительных результатов моделирования изготовили требуемый штамп в натуральную величину и произвели требуемые отводы.
Согласно измерениям отклонения составили:
• внутреннего диаметра торцов при диаметре 250 мм и толщине стенки 28 мм — 2,0-2,7 мм (при требуемых не более ±3 мм);
• наружного диаметра вне торцов при его номинальном значении D = 299 мм — 7,0-8,0 мм (при требуемых не более ±10,5 мм);
• овальность при D = 299 мм — 6,0-8,0 мм (при требуемых не более 9,0 мм) [3].
Таким образом, была решена задача получения гнутых отводов с использованием комплексной технологии (горячая штамповка в железобетонном штампе).
Разработка технологии изготовления
тройника высокого давления
При выборе заготовки для изготовления некоторых деталей ответственного назначения требуется учитывать влияние технологической наследственности на их качество [4]. Одной из таких деталей является, например, тройник высокого давления (рис. 1), работающий при
ШШЮАБОШ
о о см
Рис. 1. Тройник высокого давления и некоторые варианты его изготовления, при которых существует большая вероятность его неработоспособности
высокой температуре с элементами цикличности. Из рисунка видно, что если тройник делать из таких заготовок: сортовой круг или лист (полоса), то их дефектная зона попадает на рабочие поверхности, подвергающиеся термоциклической нагрузке, и существует очень большая вероятность, что данная деталь будет разрушена до окончания гарантированного срока службы. Поэтому разработан процесс совмещения ковки с правильным разделением полученной поковки на части (рис. 2).
Для этого используют поковку, имеющую такую форму, при которой при разрезке образуются три части: две горбушки 2 и цен-
давления
тральная пластина с дефектной областью 3. В горбушках должно хватить места для вписывания в них размеров тройников 1. На данный процесс получен патент РФ № 2486022.
Таким образом, решена задача получения тройников высокого давления с использованием комплексной технологии (ковка и правильная разделка полученной поковки).
Сверление глубокого отверстия
в детали с использованием балансира
Увод сверла зависит от многих факторов [5]. Когда методы борьбы с уводом, описанные в приведенной литературе, не срабатывают, можно минимизировать это смещение привлечением методик обработки давлением.
До начала сверления определяют неравномерность распределения твердости материала по сечениям заготовки детали вдоль геометрической оси сверления, для чего по всей длине заготовки на одинаковом расстоянии друг от друга измеряют твердость материала заготовки в четырех диаметрально расположенных точках сечения. Затем по полученным значениям твердости разрабатывают модель распределения механических свойств заготовки.
Для этого необходимо решить задачу теории упругости о распределении напряжений в теле заготовки.
Примем следующие допущения:
1) металл однороден, ликвации химического состава отсутствуют, дефектная зона расположена строго по центру заготовки и влияние ее на увод ничтожно;
2) факторы, обусловливающие увод сверла, связаны в основном с неравномерностью при термической обработке;
3) измеренный в какой-либо точке параметр металла заготовки, например твердость, является силой, действующей в данной точке;
4) предварительное засверливание произведено качественно;
5) расход энергии балансира на компенсацию реакции опор ничтожен.
Задача решается методом Герца либо методом комплексной переменной [6].
В соответствии с полученной теоретической моделью задают установку балансира в каждом из сечений и помещают его на детали в зоне расположения сверла, после чего производят сверление на соответствующую глубину. В дальнейшем перед каждым последующим сверлением проверяют и корректируют правильность установки балансира для данного
сечения путем измерения фактически получаемой толщины стенки заготовки по кольцевой поверхности с нахождением максимальных и минимальных ее значений. Технический результат: устранение смещения сверла от геометрической оси отверстия. На данный способ выдан патент РФ на изобретение № 2421302.
Таким образом, решена задача получения заготовок деталей, диаметр внутреннего отверстия которых меньше длины в двести раз, с использованием комплексной технологии (механической обработки — измерения твердости — установки балансира, который посредством воздействия своего силового поля на сверло не дает ему смещаться с оси сверления).
Заключение
Таким образом, на основании вышеизложенного можно сделать вывод, что применение технологий и машин обработки давлением — это прогрессивная методика получения
заготовок в мелкосерийном машиностроительном производстве.
Литература
1. Комаишко С. Г., Кулик Г. Н., Моисей М. В. Волочение в машиностроении. СПб.: Химиздат, 2012. 56 с.
2. Восстановительный ремонт / С. Г. Комаишко, Г. Н. Кулик, М. В. Моисей [и др.]. СПб.: Химиздат,
2012. 104 с.
3. Штамповка изогнутого отвода из стали 20 / С. Г. Комаишко, Г. Н. Кулик, К. В. Суздаль [и др.]. Заготовительные производства в машиностроении. 2008. № 2. С. 30-33.
4. Кулик Г. Н. Концепция ресурсосбережения с использованием машин и технологий обработки давлением. СПб.: Химиздат, 2014. 72 с.
5. Обработка глубоких отверстий / Н. Ф. Уткин, Ю. И. Кижняев, С. К. Плужников [и др.]; под общ. ред. Н. Ф. Уткина. Л.: Машиностроение. 1988. 269 с.
6. Расчетные методы определения напряженного и деформированного состояния при ковке / К. М. Иванов, В. Н. Востров, Г. Н. Кулик [и др.]. СПб.: Химиздат,
2013. 72 с.
АО «Издательство "Политехника"» предлагает:
Мурашкина Т. И. Техника физического эксперимента и метрология: учеб. пособие — СПб. : Политехника, 2015. — 138 с. : ил.
ISBN 978-5-7325-1051-5 Цена: 180 руб.
Рассматриваются основные разделы теоретической метрологии: теории измерительных процедур и физического эксперимента, теории обработки экспериментальных данных при проведении измерительного эксперимента, теории планирования физического измерительного эксперимента, с которой тесно связаны такие вопросы, как разработка методик выполнения измерительного эксперимента и метрологическое обеспечение физического эксперимента.
Учебное пособие подготовлено на кафедре «Приборостроение» и предназначено для студентов, обучающихся по направлениям подготовки 200500 «Лазерная техника и лазерные технологии», «Приборостроение», может быть полезно инженерам и научным работникам, занимающимся организацией и проведением измерительного физического эксперимента.
Гриф: Рекомендовано Федеральным государственным автономным учреждением «Федеральный институт развития образования» (ФГАУ «ФИРО») в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлениям подготовки «Лазерная техника и лазерные технологии», «Приборостроение».
Принимаются заявки на приобретение книги по издательской цене. Обращаться в отдел реализации по тел.: (812) 312-44-95, 710-62-73, тел./факсу: (812) 312-57-68, e-mail: sales@polytechnics.ru, на сайт: www.polytechnics.ru.
