CC BY
47
УДК 621.983; 539.374
B.И. Трегубов, д-р техн. наук, проф., (4872) 41-15-55, тр^ик^атЬ^^щ (Россия, Тула, ФГУП «ГНПП Сплав»),
Д.В. Дудка, канд. техн. наук, доц., (4872) 35-14-82, тр^ик^атЬ^.щ (Россия, Тула, ТулГУ),
C.С. Яковлев, д-р техн. наук, проф., (4872) 35-14-82, тр^ик^атЬ^.щ (Россия, Тула, ТулГУ)
ОПЫТ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОЛЬЦЕВЫХ ДЕТАЛЕЙ С ПЕРЕМЕННОЙ ТОЛЩИНОЙ СТЕНКИ ИЗДЕЛИЙ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
Изложен технологический процесс изготовления кольцевых деталей с переменной толщиной стенки изделий специального назначения методом ротационной вытяжки трубных заготовок. Показана экономическая эффективность нового технологического процесса.
Ключевые слова: ротационная вытяжка, технологический процесс, трубная заготовка, технологическая оснастка.
Представленная технология касается производства полых осесимметричных деталей небольшой длины ^ < 2D), которые используются в качестве корпусов отдельных узлов и элементов изделий спецтехники.
Основными требованиями, предъявляемыми к такого рода деталям, являются их конструктивная прочность и надежность функционирования в условиях воздействия жестких динамических нагрузок и температурных колебаний. Кроме того, для обеспечения высокой эффективности изделий спецтехники, в состав которых входят эти детали, они должны иметь высокую точность геометрических размеров и формы, а также минимальные весовые характеристики и их разброс.
Обеспечение вышеуказанных требований осуществляется выбором соответствующего типа материала, а также рациональными технологическими методами изготовления деталей.
В зависимости от конкретных условий эксплуатации деталей в качестве исходного материала используются углеродистые и легированные высокопрочные стали, алюминиевые сплавы и др.
Состав операций технологического цикла изготовления деталей зависит от профиля исходной заготовки, а также от конкретных размеров изготавливаемых деталей и комплекса предъявляемых технических требований к ним.
Используемые технологические методы должны гарантированно обеспечить требуемое качество изготавливаемых деталей, а также высокие технико-экономические показатели их производства.
К числу наиболее распространенных методов изготовления кольцевых деталей с переменной толщиной стенки небольшой длины с соотношением L < 2D относится механическая обработка.
В качестве исходных заготовок для изготовления деталей по этой технологии используются горячекатаные или холоднокатаные трубы соответствующих диаметральных размеров и толщины стенки с учетом обеспечения гарантированных припусков на последующую механическую обработку наружной и внутренней поверхностей для получения размеров готовой детали с заданной точностью.
Такая технология изготовления является достаточно простой в осуществлении, предусматривающей использование сравнительно недефицитного и недорогого оборудования (токарных станков). При небольших объемах производства деталей малых и средних размеров (диаметром до «100 мм) эта технология является достаточно эффективной. Однако при увеличении габаритных размеров изготавливаемых деталей, особенно при изготовлении тонкостенных деталей с отношением толщины стенки t к диаметру D менее 0,01 < 0,01), эффективность технологии механиче-
ской обработки резко снижается из-за возрастания ее объема и потерь металла (отходы в стружку), поэтому производство таких деталей нуждается в применении более эффективных методов изготовления, исключающих недостатки механической обработки.
Одним из эффективных методов изготовления полых осесимметричных деталей является ротационная вытяжка, при этом наибольшая эффективность этого процесса достигается при изготовлении деталей большой длины, для которых другие методы весьма затруднительны и экономически нецелесообразны [1-4].
В связи с этим была предложена прогрессивная технология изготовления кольцевых деталей с переменной толщиной стенки, предусматривающая предварительное изготовление методом ротационной вытяжки длинномерного полуфабриката с переменной толщиной стенки и периодически повторяющимся профилем. После ротационной вытяжки полуфабрикат разрезается на отдельные мерные кольца, количество которых соответствует количеству повторов профиля на полученном ротационной вытяжкой полуфабрикате. Ротационная вытяжка в предлагаемом варианте технологии является наиболее ответственной операцией, при которой формируются основные качественные характеристики готовых деталей: диаметральные размеры, толщины стенок на различных участках детали, формы перехода от одного участка поверхности к другому, качество наружной и внутренней поверхности, структура материала и его механические свойства. В связи с этим окончательная обработка деталей не требует существенных трудозатрат и состоит лишь в доработке концевых участков.
Сравнительный анализ вариантов технологий показал, что технология изготовления кольцевых деталей с использованием ротационной вытяжки обладает рядом преимуществ по сравнению с изготовлением этих деталей механической обработкой: ротационная вытяжка позволяет значительно (в 1 - 2,4 раза) сократить расход материала в расчете на 1 деталь; снизить трудоемкость изготовления деталей в 1,4 - 2,2 раза; повысить
прочностные свойства используемого материала, создав тем самым предпосылки для повышения эксплуатационной надежности изготавливаемых деталей и изделий спецтехники в целом.
Степень эффективности представленной технологии в данном случае зависит от стоимости исходного материала, а также от соотношения длин тонкостенных 1тп и толстостенных 1тах участков к общей длине L, а также от соотношения максимальной 1тах и минимальной 1тп толщин стенок в одной детали.
В качестве практического примера эффективности предлагаемой технологии может служить производство деталей «Кожух», имеющей соотношение «3,25 и ^«0,006 , которые ранее изготавливались пу-
тем механической обработки из горячекатаных трубных заготовок. При этом технологический цикл обработки состоял из 9 операций с общей трудоемкостью 7,96 н/часа.
Кроме высокой трудоемкости изготовления, значительная часть металла уходит в стружку, поэтому с ростом объемов производства эффективность такой технологии резко снижается.
Для исключения указанных недостатков и был предложен вариант технологии изготовления деталей «Кожух» с использованием ротационной вытяжки.
Схема предлагаемой технологии представлена на рисунке.
Исходную горячекатаную трубу 0 299х12 по ГОСТ 8732-78 разрезают на мерные заготовки, которые далее подвергают мехобработке по наружной и внутренней поверхностям. В процессе мехобработки обеспечиваются линейные и диаметральные размеры, а также качество поверхности заготовок, необходимые для последующей ротационной вытяжки. Ротационная вытяжка предусматривает получение из исходной заготовки полуфабриката для 3 готовых деталей.
Для проведения операции ротационной вытяжки был разработан и изготовлен необходимый инструмент. С учетом конструктивных параметров изготавливаемых деталей, а также с учетом результатов предварительно проведенных теоретических исследований был произведен научно обоснованный выбор технологических схем ротационной вытяжки, рациональных режимов обработки, обеспечивающих гарантированно качественные характеристики изготавливаемых деталей. В частности, степень деформации при ротационной вытяжке деталей «Кожух» составляет «70 %, (близко к критической за один проход), что связано с перепадом толщин стенок на различных участках в одной детали, поэтому для обработки деталей была принята схема с разделением деформации между роликами, позволяющая наиболее полно использовать пластические свойства обрабатываемого материала при снижении потребных сил деформирования и обеспечении высокой размерной точности изготавливаемых деталей.
П~\
сэ
чО
СГ'
С\1
'//////////////////
т СЭ + 1_П гп оо Оч| '•©- ъ - 1_П Г''
-в-
\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \
600
2 Мехобработко по наружной и внутренней поверхностям
Схема прогрессивного технологического процесса изготовления детали «Кожух» с использованием метода ротационной вытяжки
На начальном этапе работ по предлагаемому варианту на специализированном стане ДВ-450 была изготовлена опытная партия деталей «Кожух», которые были подвергнуты окончательной механической обработке по обычной технологии и тщательному контролю по основным геометрическим параметрам. Результаты замеров показали, что изготовленные детали соответствуют всем требованиям конструкторской документации, а по точности отдельных размеров (толщины стенки, внутреннего диаметра)
и прочностным свойствам существенно превосходят заданные технические требования.
Внедрение прогрессивной технологии изготовления деталей «Кожух» с использованием метода ротационной вытяжки с последующей незначительной по объему механической обработкой их концевых участков позволило снизить потребность в основном материале в 2,2 раза; сократить трудоемкость производства деталей в 2,1 раза; повысить точность изготавливаемых деталей по отдельным параметрам (толщине стенки t^, внутреннему диаметру) до 50 %, а также их конструктивную прочность, тем самым повысить эксплуатационную надежность деталей и специального назначения в целом; возможность существенного упрочнения обработанных при ротационной вытяжке участков детали (в 1,8 - 2 раза) позволяет для изготовления подобных деталей использовать для исходных заготовок более дешевые марки материалов с невысокими механическими свойствами, обеспечивая их упрочнение при ротационной вытяжке.
Работа выполнена по ведомственной целевой программе «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010 годы)», грантам РФФИ и по государственному контракту в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы.
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. 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.
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. М.: Машиностроение, 1987. С. 234 -257.
V. Tregubov, D. Dudka, S. Yakovlev
The circular details of special purpose with the variable side thick producing experience
The technological process of producing of the circular details of special-purpose with the variable side thick by the piped details rotary drawing is given. The financial viability of new technological processes is shown.
Key words: rotary drawing, technological process, piped detail, technological equipment.
Получено 04.08.10
