CC BY
146
Раздел 2. Технология машиностроения и материалы. монту и обслуживанию газотурбинных двигателей на ФГУП ТМКБ «СОЮЗ» для выполнения очистки поверхности от внешних загрязнений и поверхностного дефектного слоя для проведения операций контроля качества.
Обработка абразивно-полимерной щеткой показала не только эффективность в части обеспечения высокого качества обрабатываемой поверхности, но и удобство её использования. Это связано с тем, что щетка может быть использована как в ручном инструменте (дрель, пневматическая головка и т.д.), так и на различных видах оборудования при прямом и обратном вращении. Она может использоваться с охлаждающей жидкостью или без неё. Не имеет такого недостатка как «засаливание», характерное для всех абразивных инструментов. Износ щётки не снижает качество обработки при соответствующем регулировании усилия взаимодействия с обрабатываемой поверхностью. Достаточно просто можно сформировать при необходимости щётку с широкой рабочей поверхностью.
Широкое разнообразие различных конструктивных исполнений щёток позволяет встраивать их в технологические процессы обработки на станках с ЧПУ для снятия заусенцев и др.
Выводы
Проведенные работы по использованию абразивно-полимерной щетки показывают, что этот инструмент имеет широкое поле возможного применения для операций по зачистке заусенцев, снятия поверхностного дефектного слоя, выполнения операций полирования и др. операций. Отсутствие на сегодняшний день четких рекомендаций по использованию щеток вызывает необходимость дальнейшего широкого исследования их технических возможностей и выявления новых областей применения.
Принципы конструирования штампов для объемного выдавливания
к.т.н. Рагулин А.В, Анюхин A.C., д.т.н. Филиппов Ю.К., Кононов A.B.
МГТУ «МАМИ», ООО «Инсаюр-Автотрейд ТЛ»
Известно, что в современных автомобилях и тракторах до 80-90% деталей по массе получают обработкой давлением, одним из наиболее прогрессивных способов которой является холодная объемная штамповка.
Холодная объемная штамповка по сравнению с другими видами обработки, особенно, резанием позволяет в 3-3,5 раза увеличить коэффициент использования металла (КИМ), получать высокую точность деталей и хорошее качество поверхности, повысить надежность, износостойкость и долговечность деталей, снизить трудоемкость их изготовления и повысить производительность труда.
Холодная объемная штамповка имеет и некоторые недостатки. К ним относятся, главным образом, высокое сопротивление деформации и пониженная пластичность большинства металлов при комнатной температуре. Высокое сопротивление деформации приводит к увеличению числа штамповочных переходов, снижению стойкости штамповой оснастки, требует применения технологических смазок, и оборудования повышенной мощности, что приводит к ощутимым первоначальным вложениям в данный вид обработки давлением. Затраты должны компенсироваться большей производительностью и возможностью автоматизации.
Повышение эффективности малоотходных технологических процессов выдавливания и возможность их автоматизации тесно связаны с оптимизацией конструкции штампов. Конструирование штампов в общем случае определяется тремя основными категориями требований: техническими, социальными и экономическими.
Основные требования к конструкции штампа: 1-технические: надежность и стойкость штампа, точность выдавливаемых деталей; 2-социальные: безопасность труда; стоимости изготовления и эксплуатации, повышение производительности.
Основные принципы конструирования: принцип уменьшения рабочих нагрузок, снижения локальных напряжений; принцип стабильности наладки; принцип безопасности;
принцип компактности; технологичность; принцип соответствия типу производства.
Таким образом, задачи оптимизации конструкций штампов относятся к многокритериальным задачам. Общие методы решения таких задач пока находятся в стадии разработки. Для повышения качества штампов предлагаются основные принципы их конструирования, установленные на основе анализа конструкторских разработок, описанных в литературе. Ниже приведены примеры реализации указанных принципов при конструировании штампов для некоторых операций выдавливания.
Принцип уменьшения рабочих нагрузок состоит в том, чтобы рациональным выбором схемы штампа (в частности, количества позиций) и конструктивных параметров пуансонов и матриц обеспечить уменьшение рабочих нагрузок, создать наиболее благоприятную схему напряженного состояния тяжело нагруженных рабочих деталей (рис. 1), таких как бандажи-рования матриц. Значительно реже ставится задача снижения рабочих нагрузок на пуансон. Как показано в работах [1-3], нагрузки на пуансон при рабочем и обратном ходе ползуна пресса можно снизить рациональным выбором формы головки. Есть и другие пути снижения нагрузок.
Рис. 1. Двухпозиционный штамп для холодного выдавливания.
При обратном выдавливании деталей типа стаканов в реальных производственных условиях ось пуансона не совпадает с осью матрицы из-за непреднамеренной (обусловленной неточностью изготовления и наладки штампа) или преднамеренной несоосности (обусловленной необходимостью изготовлять несимметричные детали). Это приводит к нарушению осевой симметрии течения металла в очаге деформации и смещению линии раздела течения от оси пуансона. В связи с этим напряжения, действующие на торец пуансона, и напряжения, действующие на калибрующий поясок, становятся зависимыми не только от радиуса, но и от угла. Система нагрузок становится неуравновешенной, и в опасном сечении пуансона появляется изгибающий момент, который приводит к поломке.
Особенно эффективными получается снижение рабочих нагрузок в сочетании с повышением прочностных характеристик материала инструмента. Например, долговечность и износостойкость пуансонов для выдавливания деталей типа стаканов и втулок зависят от двух основных конструктивных параметров: высоты калибрующего пояска и твердости [2].
Долговечность рабочих деталей штампа зависит также и от коэффициента асимметрии цикла: - чем меньше напряжения растяжения, тем более благоприятны условия работы инструмента и менее вероятно его разрушение от усталости [3]. Поэтому необходимо конструировать штамп так, чтобы усилия извлечения пуансонов были минимальны, вставки матриц были установлены с достаточным натягом, опоры пуансонов и выталкивателей работали при
Раздел 2. Технология машиностроения и материалы. минимальных напряжениях изгиба. Рекомендации по конструированию указанных деталей приведены в работах [2, 3].
Принцип снижения локальных напряжений. Относительно небольшие усилия деформации могут привести к разрушению инструмента, если в нем будут значительные концентраторы напряжений. Поэтому одна из важнейших задач конструирования состоит в том, чтобы максимально снизить концентрацию напряжений во всех деталях штампа, особенно тех, которые расположены по линии действия деформирующей силы: в верхней плите, опоре пуансона, пуансоне, матрице, выталкивателе, опоре выталкивателя, нижней плите.
Принцип стабильности наладки инструмента. Одна из главных задач конструирования штампа состоит в том, чтобы обеспечить точность направления и центрирования инструмента в процессе работы штампа. Для этого необходимо иметь высокую вертикальную и горизонтальную жесткости стыков в местах установки пуансона, пуансонодержателя, матрицы, матрицедержателя, колонок, втулок. Детали штампов работают под действием высоких сосредоточенных нагрузок, что вызывает большие упругие деформации. Например, пуансон длиной 100 мм упруго укорачивается до 1 мм, а прогиб плиты составляет 0,3...0,8 мм и более. Современные прессы для холодного выдавливания (типа КОО34) имеют плиты с излишне большими центральными отверстиями. Это приводит к уменьшению вертикальной жесткости, значительному ухудшению условий работы плит штампов, их изгибу, а это в свою очередь вызывает изгиб колонок и втулок, нарушение центрирования инструмента и резкое снижение его стойкости. Для предотвращения изгиба базовых деталей, выполняющих функции направления и центрирования, предложены новые схемы штампов с тремя и четырьмя плитами (рис. 1). Такие конструкции характеризуются высокой точностью, надежностью и долговечностью. Исследования авторов показали, что горизонтальная жесткость штампов определяется, главным образом, жесткостью системы пуансон - пуансонодержатель - верхняя плита штампа. Важно отметить, что посадка пуансона в пуансонодержатель Н 7 т! характеризуется значительно более высокой жесткостью, чем посадка Н7/к! . Применение систем регулирования соосности пуансона относительно матрицы приводит к значительному снижению горизонтальной жесткости, ставит производство в зависимость от квалификации наладчика и в большинстве случаев не может осуществляться с точностью, достаточной для получения высокой стойкости инструмента и качества деталей. Подгонка деталей по месту и регулировка положения пуансона допустимы только при выдавливании несимметричных деталей, например, коробок с различной толщиной противолежащих стенок, а также в обоснованных случаях при выдавливании тонкостенных деталей из легких сплавов.
Принцип безопасности. Это один из важных принципов, обеспечивающих выполнение социальных требований. Для его реализации в штампе предусматривают систему блокировок, которые останавливают пресс, если сломался пуансон, застряла деталь или застопорился какой-либо из механизмов подачи заготовок. Кроме того, обязательными являются ограждающие кожухи, экраны, средства защиты рук рабочего.
Принцип компактности. Компактность штампа позволяет снизить его металлоемкость. Однако главный эффект компактности достигается в том случае, когда конструируется многопозиционный штамп. Например, при разработке двухпозиционного штампа-автомата для выдавливания корпуса шаровой опоры (рис. 1) пришлось столкнуться со следующей проблемой. Большие размеры бандажированной матрицы и расстояние между позициями для работы механизма переноса и удаления заготовок после штамповки из полости штампа. Расчетные размеры матричных блоков и кольца для их крепления обусловливали получение таких габаритных размеров, при которых штамп не вписывался в штамповое пространство пресса, подходящего по усилию. С целью уменьшения габаритных размеров матричных блоков и получения компактного их расположения в результате анализа был предложен вариант крепления матриц (рис. 1).
Расчетом на ЭВМ после моделирования процесса выдавливания при формообразовании определили распределение напряжений по всему полю течения металла в полости матрицы и в рабочем инструменте, а также установили геометрию инструмента для надежной работы в процессе штамповки. Такое техническое решение позволило спроектировать двухпозицион-ный штамп, и это дало возможность свободно разместить штамп в рабочем пространстве пресса модели КБОО36 с обеспечением его средствами автоматизации.
Рис. 2. Опорная прокладка. Рис.3. Конструкция направляющей втулки.
Высота опорной прокладки (рис. 2), опирающейся на гладкую плиту без отверстий и
Иоп = (1,0 -1,25)D0 й Иоп - (1,44 -1,60)D0
вырезов, оп к ' ' J 0, а опирающейся на плиту с отверстием оп v ' ' J 0.
Принцип конструктивного оформления прокладки, такой же как для опорной части пуансона, то есть переход от опорной поверхности под пуансон к цилиндру должен осуществляться
в виде усеченного конуса 2а не более 50-80°, D°n D + Л + r, где Л-допуск соосности; г-
радиус перехода меньшего основания к боковой поверхности конуса;Л + r ~1,0 -1,5мм.
В наиболее тяжелых условиях находится прокладка, опирающаяся на плиту с отверстием. Необходимо, чтобы диаметр отверстия под толкатель пресса ^ D°, иначе из-за изгибающих напряжений в прокладке и опорной части пуансона образуются продольные трещины. Величину d0 определяют из условий нагружения при выталкивании, то
есть<(0,5 0,6)D°. При невозможности соблюдения этого условия принимают И°п <(0,5 - 0,6))
Исполнительные размеры рабочей части пуансонов выбираются того же класса точности, что и полость матрицы, но с отрицательным допуском.
Принцип технологичности состоит в том, что конструкция штампа должна обеспечивать повышение производительности труда, снижение затрат и сокращение времени на изготовление, техническое обслуживание и ремонт. В соответствии с ГОСТ 14.202-73 различают производственную и эксплуатационную технологичность.
Для обеспечения производственной технологичности необходимо, прежде всего, упростить обработку резанием базовых деталей; для этого в конструкциях плит посадочные отверстия для пуансонов и матриц выполнять только сквозными (а не глухими) и применять совместную их расточку в сборе. Опорные элементы (плиты, опоры пуансонов, матриц, выталкивателей и т. п.) конструировать так, чтобы их опорные поверхности можно было обработать методом плоской шлифовки. Назначать оптимальную точность размеров деталей и шероховатость их поверхностей. Особенно это касается пуансонов. Большую сложность для обработки представляют ступенчатые матрицы для прямого и комбинированного выдавливания. Для повышения их технологичности вставки следует изготовлять составными.
Существенными показателями технологичности является удельная металлоемкость и расход металла. Для обеспечения эксплуатационной технологичности необходимо предусмотреть быстросменность рабочего инструмента, минимум регулировок и легкость извле-
Раздел 2. Технология машиностроения и материалы. чения вышедших из строя и установки новых элементов штампа. Для быстрой смены пуансонов можно использовать конструкцию, предложенную в штампе рис. 1. Для извлечения и установки матриц, опор и других тяжелых крупногабаритных деталей в них следует обязательно предусматривать резьбовые отверстия для рым-болтов. Долговечность штампа и минимальные затраты на его восстановление определяются также и тем, насколько хорошо сохраняются посадочные поверхности для пуансона и матрицы и возможно применение простых методов контроля их состояния. Установка в плиты штампа центрирующих втулок позволяет успешно решить этот вопрос.
Для пуансонов и формовочных матриц рекомендуется применять инструментальные стали марок У10А, 9ХС, ХВГ, Х12М, Р6М5, имеющие ограниченную деформируемость и обеспечивающие работоспособность при давлениях до 200.300 кг/мм2.
Материалом для изготовления деталей штампов служат инструментальные стали, а также твердые сплавы. Материал деталей штампов выбирают исходя из требований к эксплуатации, технологичности изготовления, серийности производства, заданной экономической стойкости инструмента. В большинстве случаев применяют инструментальные стали, марки, и назначение которых приведены в таблице 1.
Таблица 1.
Штамповые стали для холодной объемной штамповки_
Наименование рабочих деталей штампов Допустимое давление, МПа Марка стали Твердость после термообработки, НЯС
Пуансоны, вставки матриц, выталкиватели: для прямого выдавливания, редуцирования 1500 Х6ВФ, 9Х5ВФ, Х12Ф1, Х12М, 7Х3В2МФС Пуансоны и выталкиватели 50-60, вставки матрицы 56-58
Прямого и обратного выдавливания полости 1800 Х6ВФ, 9Х5ВФ, Х12Ф1, Х12М, Х6В3ФМ Пуансоны и выталкиватели 5961, вставки матрицы 56-58
Осадки и высадки 2000 Х12Ф1, Х12М, Х6ВФ Пуансоны и выталкиватели 6163, вставки матрицы 5!-59 НТМО
2300-2500 Р6М5, Р18 Пуансоны 63-65
1200 У8-У10, ШХ15 Пуансоны 56-58, вставки матрицы 5!-58
1500-1800 Х6ВФ, 9Х5ВФ, 9Х5Ф, ШХ15СГ, Х12Ф1, Х12М Пуансоны 59-60, вставки матрицы 5!-58
Оправки пуансонов прямого выдавливания 1800-2000 Х12Ф1, Х12М 58-60
Бандажи: внутренние средние наружные ШХ15СГ, ШХ20СГ ШХ15, 5ХНВ ШХ15, 5ХНВ 45, 40Х, 40ХН, 30ХГСА 58-60 42-45 30-38
Опорные прокладки Х12М 58-60, 61-65
Принцип соответствия типу производства. В условиях массового производства штамп должен быть узкоспециализированным, преимущественно многопозиционным со встроенными средствами автоматизации или механизации. Использование нескольких позиций (обычно двух - четырех) позволяет рационально распределить деформацию по переходам, получить более точное изделие и снизить нагрузки на инструмент. Однако если требуются межоперационные отжиги, подготовка поверхности и другие вспомогательные операции, то целесообразно конструировать автоматизированные однопозиционные штампы и устанавливать их на оборудование, включенное в поточную или автоматическую линию. Для серийного многономенклатурного производства необходимо конструировать универсально-переналаживаемые штампы, в которых при помощи различных сменных пакетов или даже отдельных сменных деталей (пуансонов, выталкивателей, матриц) можно изготовлять несколько наименований и размеров однотипных деталей. Применение универсально переналаживаемых штампов позволяет ускорить подготовку производства и снизить расходы на оснастку.
Литература
1. Евстратов В.А., Еремин В.И. Исследование стойкости пуансонов для холодного выдавливания.- Вестн. Харьк. политехн. ин-та, 1983, № 198. Прогрессивная технология обработки металлов, вып. 5, с. 20-23.
2. Евстратов В.А., Еремин В.И. Пути повышения стойкости пуансонов для холодного выдавливания.- Автомобильная промышленность, 1981, № 11, с. 30-31.
3. Холодная и полугорячая объемная штамповка на прессах: Методические рекомендации. М.: НИИМАШ, 1981. 73 с.
4. Евстифеев В.В., Кокоулин В.П. - Конструкция штампов для холодной объемной штамповки на универсальных прессах.- Кузнечно-штамповочное производство, 1978, № 4, с. 17-21.
5. Филиппов Ю.К., Павлов Н.Д. и др. "Штамп для холодной штамповки". А.С. № 1323165, от 15.03.87.
Эффективность рископонижающих мер (удаления ферропримесей) для безопасной работы оборудования. Остаточный риск.
к.т.н., доц. Сандуляк А. А.
МГТУ «МАМИ»
Риск R проявления опасности (неблагоприятного события) при эксплуатации того или иного оборудования (повреждения, поломки, аварии и пр.) оценивается для единицы оборудования как произведение «среднеремонтного» ущерба U на частоту этих ремонтов v [1, 2], например, за год, т.е.
R = U ■ v, (1)
а для того или иного количества N единиц оборудования величина риска составляет:
R = U ■ v ■ N. (2)
И если в результате принятия определенных рископонижающих мер конструктивного, технологического, организационного или иного характера (например, применением очистного аппарата) удается снизить либо параметр U, либо параметр v (как правило - v), то тем самым можно констатировать результативность этих мер. Но, разумеется, в таких случаях речь идет не об устранении риска, а о его снижении на определенную величину AR.
В связи с этим, во-первых, возникает потребность выразить величину AR в виде функции, аргументом которой выступал бы параметр, характеризующий степень результативности той или иной рископонижающей меры.
Соответствующая попытка в этом направлении предпринята в работе [3], исходя из базового определения (1). Так, если до принятия рископонижающих мер риск составляет:
