CC BY
17
УДК 621.924
П. В. НАЗАРОВ И. К. ЧЕРНЫХ И. А. БУГАЙ Е. В. ВАСИЛЬЕВ М. В. ВАСИЛЬЕВА Е. Н. МАТУЗКО
Омский государственный технический университет, г. Омск
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРИСПОСОБЛЕНИЯ ДЛЯ НАКАТЫВАНИЯ ЛОМАНОГО УГЛОВОГО ПРОФИЛЯ
В современном машиностроении часто возникает проблема получения ломаного углового профиля на листовых заготовках в св язи с конструктивными особенностями получаемой детали. В статье приводится анализ существующих методов образования профиля на листовых заготовках. Анализируются достоинства и недостатки применения методов в современных условиях и выбирается наиболее целесообразный. Приводится расчет напряжений процесса штамповки при помощи программных средств. Результатом исследования является разработка приспособления для накатывания ломаного углового профиля на универсальном горизонтально-фрезерном станке.
Ключевые слова: профилирование, пластическое деформирование, штамповка, листовые з аготовки.
Наиболее распространенным методом получения необходимого профиля на листовых заготовках являются прессование, накатка, штамповка. Все это можно охватить одним широким термином — профилирование, то есть придание заготовке заданной формы. Для получения профиля методом штамповки требуется гидравлический пресс, матрица и пуансон. Для получения профиля методом накатывания требуется станок с горизонтальным расположением шпинделя (например, горизонтально-фрезерный) и ведущий и ведомый накатные ролики. Для выбора оптимального метода был проведен анализ (табл. 1) существующих методов пластической деформации. Методы штамповки и накатки имеют свои достоинства и недостатки [1].
Деформация металла в общем случае представляет собой относительный сдвиг частиц детали, обусловленный их перемещением. Существует упругая и пластическая деформация. После упругой деформации частицы детали возвращаются в исходное положение и деформации исчезают, а при пластической деформации частицы сохраняют свое положение, что навсегда меняет форму детали. Способность вещества без разрушения получать остаточные деформации называется пластичностью [2].
В машиностроении пластическое деформирование деталей применяется широко. К процессам пластического деформирования относится, например, штамповка деталей, накатывание рифлений, накатывание резьбы на специальном накатном станке, прокат при производстве заготовок и т.д. Рассмотрим некоторые из этих процессов.
Накатывание различных профилей производят на специальных станках при помощи специального
инструмента. Для каждого профиля изготавливают свой накатной инструмент, поскольку форма инструмента должна в точности повторять форму детали. В процессе накатки необходимый профиль образуется за счет пластической деформации заготовки
[3]. Основными методами накатывания профилей на деталях вращения являются тангенциальное накатывание, радиальное и осевое. Накатывание профилей на плоских деталях — листовых заготовках, производится при помощи двух инструментов, которые пластически деформируют заготовку между ними
[4]. Но заданный профиль на листовой заготовке можно получать не только при помощи накатывания.
Для придания профиля листовым заготовкам наиболее часто используются профилегибочные станы. Но не всегда целесообразно использовать профилегибочные станы для получения листовых заготовок определенного профиля, в связи с тем что длина или ширина может достигать 3 метров, поэтому нецелесообразно изготавливать матрицу и пуансон соответствующей длины или ширины [5], а вместо этого проектируются специальные приспособления, которые позволяют расширить технологические возможности имеющегося оборудования.
Моделирование процесса пластической деформации заготовки проводилось при помощи САПР CAE (англ. computer-aided manufacturing) программы DEFORM-3D. Программа предназначена для трехмерного моделирования процессов деформации и инженерных расчетов [6].
Моделирование позволило выявить максимальные напряжения, возникающие в металле в месте перегиба — 116 МПа (рис. 1).
Таблица 1
Анализ существующих методов получения ломаного углового профиля
Штамповка
Достоинства: 1. Высокая точность. 2. Широкие возможности автоматизации. Недостатки: 1. Сложность обеспечения синхронной работы привода подачи ленты и штампа. 2. Недостаточная универсальность. 3. Высокая стоимость инструмента.
Накатка при помощи приспособления
Достоинства: 1. Универсальность. 2. Высокая точность и производительность. 3. Высокий коэффициент использования металла. 4. Низкая стоимость. Недостатки: 1. Невысокая производительность по сравнению со штамповкой при массовом или серийном производстве. 2. Сложность изготовления накатного ролика.
Напряжение (I
Рис. 1
Приспособление проектируется для использования на горизонтально-фрезерных станках. Для накатывания профиля с помощью приспособления требуется два движения — вращение накатного ролика, который устанавливается на оправке шпинделя станка, и движение подачи [7]. Накатку можно осуществлять по двум схемам (рис. 2 и 3).
При накатывании по схеме, показанной на рис. 2, накатной ролик имеет прямые зубья, что упрощает его изготовление, но угол рифлений ленты в таком случае ограничен. В этой схеме делительный диаметр имеет форму эллипса, что приводит к неравномерному накатыванию профиля и изгибанию ленты.
При накатывании по схеме, показанной на рис. 3, накатной ролик имеет винтовые зубья, что значительно усложняет его изготовление, однако это позволяет накатывать рифления, расположенные под любым углом. Разработано приспособление для
Рис. 2
Рис. 3
накатывания по предложенной схеме на рис. 3, поскольку она позволяет получить более качественное изделие с высокой точностью получаемого профиля.
Обрабатываемая лента подается в зону пластического деформирования, направляемая пазом Б подвижной направляющей. Пластическое деформирование возникает в результате вращения ведущего накатного и ведомого накатного роликов, установленных в одной вертикальной плоскости, между которыми проходит лента.
Приспособление для накатывания состоит из ведомого накатного ролика 1, который размещается
о
оэ >
Рис. 4
на валу 2 с бронзовыми втулками скольжения 3 между упорными кольцами 4 и фиксируется в отверстиях двух стоек 5 при помощи шайбы 6 и гайки 7. В отверстия стоек 5 устанавливается ось 8, на которой размещается направляющая 9 между упорными кольцами 13, фиксируемая шайбой 10 и гайкой 11. Стойки 5 привариваются при помощи сварки ГОСТ 5264-80 к плите 12.
Приспособление (рис. 4) устанавливается на стол горизонтально-фрезерного станка и фиксируется при помощи болтов, головки которых устанавливаются в Т-образные пазы стола станка, а ножки — в пазы А плиты 12 и фиксируется на столе гайками (на рис. 4 не показано). Ведомый накатной ролик 1 (рис. 5) представляет собой специальный режущий инструмент шириной Ь1 (ширина Ь1 должна быть равна ширине заданной ленты +5 мм), развертка сечения которого представляет собой заданный профиль ленты, а угол зубьев в развертке наружной поверхности соответствует углу накатываемого профиля. Ведомый накатной ролик 1 работает в паре с ведущим накатным роликом, устанавливаемым в оправку горизонтально-фрезерного станка, который имеет те же параметры, что и ведомый, но угол его зубьев симметричен относительно вертикальной оси в развертке поверхности. Нержавеющая лента подается в паз Б направляющей 9, а затем в зону пластического деформирования.
Спроектированное приспособление позволяет обеспечить высокую точность и производительность
Рис. 5
при использовании его на универсальном оборудовании.
Предварительные испытания показали, что при накатывании при помощи спроектированного приспособления с использованием накатных роликов с косыми зубьями (рис. 3) возникают вибрации, что приводит к смещению ленты относительно зоны деформации. Для погашения возникающих вибраций предложен метод гашения вибраций. Метод заключается в том, что на наиболее подверженный вибрациям узел станка (хобот) устанавливается виброгаси-
Рис. 6
тель, состоящий из электродвигателя с номинальной частотой вращения 1460 об./мин и мощностью 2,8 кВт, на вал которого установлен эксцентриковый диск (рис. 6).
Установка виброгасителя осуществляется следующим образом: электродвигатель АИРС90Ь4 на лапах крепится при помощи болтов и гаек к раме, а рама виброгасителя крепится при помощи сварки к хоботу станка (на рис. 6 не показано).
На вал электродвигателя 1 устанавливается эксцентриковый диск 2 и фиксируется при помощи шайбы 3 и винта 4. Крутящий момент эксцентриковому диску 2 с вала электродвигателя 1 передается при помощи сегментной шпонки 5. В отверстие эксцентрикового диска 2 устанавливается кулачок 6 и фиксируется при помощи гайки 7.
Результатом исследования является выбор наиболее целесообразного метода получения ломаного углового профиля на листовых заготовках, для которого было спроектировано приспособление. С целью исключения возникающих при накатывании вибраций предложено использовать виброгаситель.
Библиографический список
1. Сторожев М. В., Попов Е. А. Теория обработки металлов давлением. М.: Машиностроение, 1977. 423 с.
2. Феодосьев В. И. Сопротивление материалов. М.: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1999. 86 с.
3. Мастеров В. А. Теория пластической деформации и обработка металлов давлением. М.: Металлургия, 1989. 400 с.
4. Фещенко В. Н. Обработка на токарно-револьверных станках. М.: Высшая школа, 1979. 143 с.
5. Брюханов А. Н., Ребельский А. В. Горячая штамповка. Конструирование и расчет штампов. М.: Металлургиздат, 1952. 665 с.
6. Паршин В. С., Карамышев А. П., Некрасов И. И. [и др.]. Практическое руководство к программному комплексу DEFORM-3D. Екатеринбург: УрФУ, 2010. 266 с. ISBN 978-5321-01772-2.
7. Ансеров М. А. Приспособления для металлорежущих станков. М.: Машиностроение, 1975. 638 с.
НАЗАРОВ Павел Владиславович, ассистент кафедры металлорежущих станков и инструментов. ЧЕРНЫХ Иван Константинович, студент гр. КТО-133 машиностроительного института. БУГАЙ Иван Анатольевич, ассистент кафедры металлорежущих станков и инструментов. ВАСИЛЬЕВ Евгений Владимирович, кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры металлорежущих станков и инструментов. ВАСИЛЬЕВА Мария Владимировна, магистрант гр. КТОм-151 факультета элитного образования и магистратуры; учебный мастер кафедры эксплуатации технологических комплексов.
МАТУЗКО Елена Николаевна, студентка гр. КТО-133 машиностроительного института. Адрес для переписки: nazaroffpavel@mail.ru
Статья поступила в редакцию 17.10.2016 г. © П. В. Назаров, И. К. Черных, И. А. Бугай, Е. В. Васильев, М. В. Васильева, Е. Н. Матузко
