CC BY
148
УДК 621.979
РАСЧЕТ РЕЖИМОВ ДЕФОРМИРОВАНИЯ И ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ РОТАЦИОННОЙ ВЫТЯЖКИ В УСТРОЙСТВЕ С ДВУХРЯДНОЙ ОБОЙМОЙ
Р.В. Евдокимова
Впервые приводится анализ возможностей изготовления ротационной вытяжкой малогабаритных тонкостенных деталей из коррозионно-стойких металлов и сплавов устройствами с двухрядными регулируемыми обоймами, имеющими разногабаритные шарообразные давильные элементы. Показано, что определенное сочетание размеров давильных элементов в обоймах помогает устранить многие виды брака при ротационной вытяжке заготовок с большими степенями деформациями.
Ключевые слова: ротационная вытяжка, обоймы давильных элементов, давильный элемент, степень деформации, скорости перемещения, наплыв, шелушение металла.
Современное машиностроение, специализирующееся на изготовлении малогабаритных деталей, требует высокоточного исполнения размеров инструмента, т.к. расширенные допуски могут приводить к различным дефектам и потере качества изготовления не только деталей, но и изделий в целом. К малогабаритным деталям относятся миниатюрные корпуса электроэлементов для специальных приборов, тонкостенные сильфоны, выполняемые из таких материалов, как нержавеющая сталь Х18Н10Т, никель НП-2, мельхиор, ковар, и другие.
Для производства таких деталей наиболее рационально использовать различные способы ротационной вытяжки устройствами с регулируемой обоймой давильных элементов на универсальном токарном оборудовании. Использование такого способа изготовления деталей требует ограниченных степеней деформаций и скоростей деформирования, а также специальной подготовки заготовок. Недостатком такого способа ротационной вытяжки является повышенное дефектообразование, проявляющееся в виде «шелушения» металла с обрабатываемой поверхности заготовки, образования волны «наплывов» перед давильными элементами, «расщепления» кромки детали при окончании обработки и т.д. Связано это с ограниченными возможностями для регулировки режимов деформирования заготовок.
Предложенный в работе способ ротационной вытяжки с плавающим опорным кольцом устраняет такой дефект, как «шелушение» металла при обработке с различными степенями деформации, но сохраняет образо-
вание «наплыва» и «расщепление» кромки детали. Рассмотрим устройство с двухрядными обоймами, которые по замыслу авторов с помощью регулирования соответствующих степеней деформации в первой и второй обоймах должны были устранять наплывы перед давильными элементами. Такой способ не только сохранял «шелушение» металла при обработке, но и усиливал этот эффект за счет того, что «шелушение» проходило во второй обойме при обработке нагартованного полуфабриката. Было предложено использовать оба предыдущих метода в одном устройстве и усилить эффект регулирования за счет применения разногабаритных давильных элементов в двух обоймах.
На рис. 1 представлено устройство для ротационной вытяжки малогабаритных деталей, принцип работы которого приведен в работе [1].
Производство малогабаритных и миниатюрных тонкостенных корпусов из высокопрочных и пластичных материалов сосредоточено на использовании, по сути, двух технологических приемов: глубокой вытяжки с утонением стенки на универсальных прессах и ротационной вытяжки на токарно-винторезных станках. Ротационная вытяжка, хотя и менее производительный процесс деформирования, но позволяет изготавливать более высокоточные корпуса по разностенности, что способствует возможности дальнейшей миниатюризации изготавливаемых деталей. Повышение производительности труда и качества получаемых деталей возможно с использованием устройств с двухрядной обоймой [1].
От размеров и количества используемых давильных элементов в регулируемых обоймах зависит как производительность процесса, так и качество получаемых деталей. Поэтому выбор степени деформации, количества давильных элементов и их размеров должен быть взаимосвязан таким образом, чтобы имелась возможность регулировки инструмента по диаметрам обрабатываемой заготовки и получаемой детали.
На рис. 2 показана схема расположения разновеликих шарообразных давильных элементов в обоймах разработанного устройства. Из условий взаимозаменяемости опорные кольца в обоймах лучше брать равными по габаритам. Но так как давильные элементы в первой и второй обоймах не равны по диаметрам, то в конкретных случаях приходится оптимизировать толщину каждого из колец, углы наклона опорных поверхностей, наружный и внутренний диаметры, материал, учитывающий разные их функциональные свойства и др. Наилучшие соотношения размеров шарообразных давильных элементов можно взять в соответствии с принципом «золотого сечения».
Например, для ротационной вытяжки детали с наружным диамет-
ром 2гд = 5 мм и толщиной стенки ? = гд - гоп = 0,1 мм из нержавеющей стали Х18Н10Т была выбрана полая заготовка с толщиной стенки Т0 = Я0 - гоп = 0,3 мм. При изготовлении такой детали с указанным принципом будем использовать давильные элементы в виде шариков диаметром 2гш = 3 мм в первой обойме, а во второй обойме 2г'ш = 2 мм, размеры которых являются еще и ГОСТовскими для подшипников качения.
5 22
Рис. 1. Устройство для ротационной вытяжки с двумя регулируемыми обоймами давильных элементов: 1 - корпус; 2 - перемычка;
3 - проточка; 4 - стойки; 5 - винт; 6 - подвижное опорное кольцо;
7 - неподвижное опорное кольцо; 8 - давильные элементы;
9 - комплект шариков; 10 - сепаратор; 11 - закаленное кольцо;
12 - микрометрическая гайка; 13 - нониусная шкала; 14 - левое опорное кольцо; 15 - комплект шариков; 16 - сепаратор;
17 - закаленное кольцо; 18 - правое опорное кольцо;
19 - микрометрическая гайка; 20 - нониусная шкала; 21 - давильные элементы; 22 - базовая риска; 23 - оправка; 24 - хвостовик;
25 - заготовка; 26 - прижим
Рис. 2. Схема расчета степеней деформации при ротационной вытяжке в устройстве с двумя обоймами давильных элементов
Получить такую деталь из заданной заготовки можно с общей степенью деформации
е = (Д02 - Гд2)/(Д02 - Гоп2) = (2,72 - 2,52)/(2,72-2,42) = 0,68. (1)
Если такую степень деформации задать одной обойме давильных элементов, то появится наплыв на заготовке. Соотношение локальных степеней деформации при соответствующем значении полуфабриката Яп (рис. 2, б) в первой и второй обоймах можно принять как
81 = £82, (2)
где к - коэффициент, корректирующий степени деформации по дефекто-образованию.
Он позволяет из соотношений (1) и (2) установить размер полуфабриката Яп по формуле
яП - [ло(1 - к)+о (1+к)]л,?+«0о+гд (й - фк=0. (3)
Например, при к = 1 эта формула превращается в более простое со-отно-шение
«п - 2гопяп + «0 гоп + гд (гоп - я0) = 0. (3а)
Расчеты по формуле (3 а) дают искомое значение Яп = 2,574 мм, что соответствует е1 = е2 = 0,434. Как видно, искомые степени деформации не аддитивные и складываться не могут.
Если, например, принять к = 1,2, то по формуле (3) получим Яп =2,562 мм, что позволяет определить степень деформации в первой обойме как е1 = 0,472, а во второй обойме - как е2 = 0,393. Полученные
степени деформации не допускают возникновение дефекта в виде наплы-
вов перед каждой обоймой.
Для полученного значения Яп можно подсчитать необходимое количество давильных элементов в обоймах и определить диапазон регулировки каждой обоймы.
Длину окружности, проходящей через центры давильных элементов в первой обойме, находим по формуле
Ь0 = 2-я-(Яп +Гщ) = 2-п-(2,562+1,5) = 25,522 мм. (4)
Количество давильных элементов п в обойме, установленных на уровне диаметра полуфабриката с зазором,
п = ^/^=25,522/3=8,507. (5)
Таким образом, в первую обойму войдут 8 давильных элементов (рис. 2) с общим зазором Агш = 0,507 мм, тогда между шариками образуется локальный зазор Дг= Дгш/п = 0,06 мм.
г
о
Рис. 2. Схема расчета размеров и количества давильных элементов
в одной из обойм устройства
Минимальный диапазон регулировки давильных элементов в первой обойме определяется как Д^: от размещения сомкнутых шариков без зазора 7?! до наружного диаметра заготовки Ro+At перед обжатием ее на оправке, где Д/ -технологический зазор между заготовкой и оправкой. В рассматриваемом случае Д7?!=0,48 мм. Но так как первоначально давильные элементы опираются на оправку, то приняв ее значение за нулевое, установим подвижную нониусную шкалу микрометрической гайки на ноль [1], от которого легко отрегулировать заданную толщину стенки полуфабриката. Тогда рабочий регулировочный диапазон будет \/^р| =0,4 мм.
Для второй обоймы количество давильных элементов рассчитывается аналогично:
Ь'0 = 2-я-(гд +г'ш) = 2-л-(2,5+1) = 21,99 мм, (6)
п' = Ь Ус1 'ш=21,99/2=10,995.
Во вторую обойму входят 10 давильных элементов с общим зазором Аг ш = 0,995, тогда между шариками появляется локальный зазор Аг'= Аг'ш/п' = 0,0995 мм. Ввиду того, что в процессе пластической деформации нагрузка на каждый шарик распределяется одинаково равномерно, зазор между шариками устанавливается одинаково равномерным, и они друг другу мешать при вращении не будут.
Диапазоны регулировки второй обоймы будут соответственно
Д7?2=0,48 мм, Д7?Р2=0,266 мм.
Введем полученные результаты в таблицу.
Исходные и полученные данные двухрядного устройства
в миллиметрах
№ Название У оп гя Гш Яо Яц АЯР; &гш и, шт Аг
1 1ряд 2,5 2,562 1,5 2,7 4,062 0,48 0,4 0,507 8 0,06
2 II ряд 2,5 2,5 1 2,562 3,5 0,482 0,266 0,995 10 0,0995
Таким образом, можно подсчитать степени деформации, количество давильных элементов, необходимые зазоры при разных положениях давильных элементов, минимальный и рабочий диапазоны регулировки обойм для других размеров давильных элементов и степеней деформации [2].
После экспериментальных опробований такой ротационной вытяжки
на токарно-винторезном станке 1К62 было установлено рациональное соотношение по степеням деформации, которое обеспечивает наивысшую производительность обработки металлов ротационной вытяжкой и высокое качество детали из Х18Н10Т, полученных ротационной вытяжкой в двухрядном устройстве (рис.3). Для этого процесса использовалась смазочно-охлаждающая жидкость (СОЖ) с основой из эмульсии индустриального масла, которая подавалась отдельно в первую и вторую обоймы давильных элементов.
Рис. 3. Корпус миниатюрного электроэлемента: а - изделие до обрезки кромки; б - заготовка; в - корпус в разрезе; г - ротационная вытяжка с предельной степенью деформации
Вывод.
Разработанная методика расчета инструмента в устройстве с двухрядной регулируемой обоймой разногабаритных шарообразных давильных элементов расширяет возможности ротационной вытяжки тонкостенных корпусов по производительности и качеству изготавливаемых деталей.
Список литературы
1. Евдокимова Р.В. Ротационная вытяжка миниатюрных деталей из коррозионностойких сталей // IX Междуародный Салон изобретеней и новых технологий "Новое время" 26-28 сентября 2013 г. Севастополь: 2013. С. 405 - 406.
2. Ковка и штамповка: справочник в 4 т. Т. 4. Листовая штамповка / под ред. А.Д. Матвеева. М.: Машиностроение, 1987. 544 с.
Евдокимова Римма Валериевна, студентка, rimmuska@list. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
CALCULATION DEFORMATION MODE AND TOOLS FOR DOUBLE-ROW SPINNING
R. V. Evdokimova
For the first time an analysis of the possibilities of manufacturing by spinning small thin-walled parts of corrosion-resistant metals and alloys devices with double controllable rows having different sized squeezing spherical elements is provided. It is shown that a certain combination of size elements winepressed cage helps eliminate many types of marriages in rotary drawing blanks with different degrees of deformation.
Key words: rotary extractor, row of winepress elements, the degree of deformation, movement speed, the influx, peeling metal.
Evdokimova Rimma Valerievna, student, rimmuska@list. ru, Russia, Tula, Tula State University
