CC BY
49
УДК 621.983
ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ВНУТРЕННИХ ДИАМЕТРАЛЬНЫХ РАЗМЕРОВ ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ ДЕТАЛЕЙ
ПРИ РОТАЦИОННОЙ ВЫТЯЖКЕ
С.С.Яковлев, М.В.Ларина, А.А.Пасынков
Выявлены особенности формирования внутренних диаметральных размеров осесимметричных деталей при ротационной вытяжке с утонением стенки. Приведены математические модели формирования внутренних диаметральных размеров осесимметричных деталей от технологических параметров, геометрических характеристик инструмента ротационной вытяжки осесимметричных деталей из сталей 10 и 12Х3ГНМФБА на специализированном оборудовании роликами с разделением очага деформации, полученные методами математической статистики и теории планирования эксперимента. Установлены рациональные технологические режимы обработки.
Ключевые слова: ротационная вытяжка, труба, ролик, оправка, шаг 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. 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 £, частота вращения заготовки п и радиус закругления ролика г. Здесь е = (1 - ? / ¿о)100%; ¿о и ? - толщина стенки исходной заготовки и детали;
dd - внутренний диаметр получаемой детали; Ъ^ = (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 (схем с использованием деформирующих роликов открытой и закрытой калибровки)
при использовании комплекта роликов с углами: ар = 15°; ар2 = 30°;
а р3 = 30° [3]. Поэтому ротационная вытяжка цилиндрических деталей из
исследуемых материалов осуществлялась по трёхроликовой схеме с разделением очага деформации.
Построение теоретической модели для определения относительной величины отклонения внутреннего диаметра детали от номинального значения 5^ 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 5^ в натуральных значениях.
Таблица 1
Уровни и интервалы варьирования технологических параметров процесса ротационной вытяжки
Обозначение факторов Х1 X 2 X 3 X 4
е, % £, мм/об -1 п, мин г, 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;
AXi = (Xi max - Xi min) / 2 ; x, = (Xi + X,o)/DXi;
Xi = х,-DXi + Х,о,
где Xi o - значение фактора на основном уровне в натуральном масштабе; х, , Xi - значение факторов в кодированном и натуральном масштабах; АХ, - 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 dвн, мм to, мм
Сталь 10 210,8 9,2
Сталь 12Х3ГНМФБА 116,2 6,05
Экспериментальные работы производились на стане В-280. Стан оснащен трёхроликовой 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 откры-
той калибровкой диаметрами = 280 мм с углов рабочего конуса ар1
(первого а р1 = 15° и второго и третьего а р 2 = а р3 = 30° роликов) и радиусом при вершине ролика г.
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]. 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 5р:
для малоуглеродистой стали 10
5р = 0,114 - 0,023х1 - 0,12х2 - 0,048х3 + 0,061х4 -- 0,018х1х2 + 0,019 х2 х3 + 0,009х2 х4 + 0,047х2; для легированной стали 12Х3ГНМФБА
Ъп = 0,641 - 0,044х1 - 0,260х2 + 0,021х3 + 0,106х4 -- 0,064х1х2 - 0,076х1х3 - 0,056х2х3 + 0,015х3х4 - 0,187х2.
(1)
(2)
На рис. 1 и 2 представлены графические зависимости изменения относительной величины отклонения внутреннего диаметра детали от номинального значения 5р 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.
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 5р во всех диапазонах степеней деформации, рабочей подачи числа оборотов вращения заготовки п . Установлено, что с увеличением рабочей подачи £ и степени деформации е в большинстве случаев сочетания исследуемых технологических параметров относительная величина 5р уменьшается.
Оптимизация регрессионных зависимостей (1) и (2) позволила выявить значения факторов в натуральном масштабе, при которых относительная величина 5р будет минимальна и максимальна. Результаты оптимизации приведены в табл. 3.
а б
Рис. 1. Зависимости изменения величины 8р оте, г и е, £: а - £ = 1 мм/мин, п = 50 мин1; б -п = 100мин1, г = 0,32
и £ (е = 30 %, г = 0,98)
Таблица 3
Результаты поиска минимальной и максимальной величин 8р
Материал min/ max е, % £ -1 п, мин г 8р
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 8р 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 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. 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.
Яковлев Сергей Сергеевич, 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
FEA TURES FORMA TION OF INTERNAL DIAMETRIC DIMENSION AXISYMMETRIC PARTS IN ROTARY DRAWING
S.S. Yakovlev, M.V. Larina, A.A. Pasynkov
The features of the formation of internal diametric blur-ditch rotationally symmetric parts in rotary drawing with wall thinningare shown. The mathematical model of the formation of internal diametric dimensions of axially symmetric parts of the process parameters, geometry-cal characteristics of the tool rotary drawing axisymmetric parts made of steel and 10 12H3GNMFBA specialized equipment division faces the deformation obtained by the methods of mathematical statistics and the theory of experiment planning. Rational technological modes of processing is installed.
Key words: rotary extractor, pipe, roller, mandrel, feed pitch, the degree of deformation, angle, detail diameter.
Yakovlev Sergey Sergeevich, doctor of technical sciences, professor, mpf-tulaaramhler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Larina Marina Viktorovna, candidate of technical sciences, docent, mpf-tulaaramhler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Pasynkov Andrey Aleksandrovich, candidate of technical sciences, docent, mpf-tulaaramhler. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 615.8:612.2, 681.518.5
ФОРМИРОВАНИЕ ОБЩЕЙ СОВОКУПНОСТИ ИНФОРМАТИВНЫХ ПРИЗНАКОВ ДЛЯ ИДЕНТИФИКАЦИИ СОСТОЯНИЯ ДЫХАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ
Н.В. Ивахно
Рассмотрен метод формирования информативных признаков, определяющих состояние дыхательной системы в результате задания уровней давления переключения в контуре, при которых происходит полное открытие дроссельной заслонки, приведен параметрический анализ кривой давления и построена матрица состояний дыхательной системы. Сформирована обобщенная структура, обеспечивающая формирование информативных признаков при разных типах воздействия сопротивлением.
Ключевые слова: характеристика давления, максимальное давление, полное перекрытие контура, дыхательная трубка, идентификация состояния.
Устройства релейного воздействия на дыхательную систему человека описаны в ряде научных работ [1,2], а тренажеры дыхательной мускулатуры, построенные на указанном принципе, исследованы в [1]. Создание адаптивных устройств корректирующего воздействия на дыхательную систему человека привело к появлению новых методов диагностики с целью идентификации изменяемых параметров человека [3,4].
На основании полученных экспериментальных данных проведен анализ кривой давления и установлены аппроксимирующие функции и параметры, отвечающие за состояние дыхательной системы человека [3,4].
Для обеспечения самонастройки функционирования режимов комплексов корректирующего воздействия на дыхательную систему разработан метод диагностики, основанный на изменении давления переключения и составления матрицы состояний. Данный метод в совокупности сопи-санным в [5,6] представляет единую систему идентификации состояния дыхательной системы в процессе проведения процедур на дыхательных тренажерах.
