CC BY
1
ASSESSMENT OF FORMING EFFORTS OF STEEL BILLETS BY COMPUTER SIMULATION
L. V. Karkach
Products made of metals and alloys are found everywhere, in almost all industries, and there are many methods and groups of methods for their production, ranging from modern methods of three-dimensional printing to traditional methods of casting and plastic shaping. Therefore, at present there are a number of questions regarding the choice of the optimal method for manufacturing a particular part. However, this is not the only problem that modern industry faces, as there are separate subsets of methods within the industry. An even more interesting task is to determine the optimal conditions for obtaining the final product within one method. Therefore, this paper conducts a study to determine the optimal shape and size of the workpiece during cold reverse extrusion from the point of view of the maximum stamping force. The results of the study are presented, and conclusions are drawn about which form of the workpiece is best suited for producing a box-shaped product.
Key words: computer modeling, mechanical engineering, steel, reverse extrusion, force.
Karkach Leonid Vitalevich, undergraduate, [email protected], Russia, Tula, Tula State University,
Scientific advisor: Pasynkov Andrej Aleksandrovich, candidate of technical science, docent, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.9; 621.7.044.7
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-12-596-597
РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИЙ ИНДУКТОРНЫХ СИСТЕМ НА «ОБЖИМ» СО СПИРАЛЬЮ СВАРНОГО
ТИПА
И.В. Зверев, А.Н. Пасько, Н.Н. Архангельская
Статья посвящена вопросу снижения себестоимости изготовления индукторных систем для операции "обжим ". Рассматриваются различные способы изготовления спирали индуктора при магнитно-импульсной обработке осесимметричных металлических заготовок.
Ключевые слова: магнитно-импульсная штамповка, обжим или запрессовка, установка, индуктор, заготовка, спираль сварного типа.
Одной из важнейших задач при внедрении технологии МИОМ в серийном производстве является снижение себестоимости изготовления индукторных систем за счет уменьшения времени их изготовления и упрощения конструкции данного инструмента. Одним из вариантов решения данной задачи может служить применение стальных спиралей сварного типа. Преимуществами предлагаемой конструкции перед известными аналогами является упрощение технологии изготовления спирали, в том числе больших габаритных размеров по высоте и диаметру, т.к. она изготавливается из отдельных сегментов, а не обрабатывается целиком. Индуктор обладает универсальностью применения за счет варьирования разностью диаметров спирали, ее материалом и межвитковым расстоянием. Минимальный внешний диаметр витков, рекомендуемый изготовлением данным способом 50 мм, максимальный 1 м.
Конструкция индуктора для магнитно-импульсной обработки полых осесимметричных заготовок включает спираль, состоящую из отдельных сегментов. Каждый сегмент представляет собой разрезное кольцо, изогнутое в виток с постоянным шаговым расстоянием (см. рис. 1). Также конструкция индуктора включает токоподводы, приваренные к крайним сегментам. Сварные швы зачищены до шероховатости не грубее, чем поверхность витка, а спираль подвергнута термообработке отпуском.
Спираль индуктора для магнитно-импульсной обработки осесимметричных металлических заготовок собирается следующим образом. На круглых кольцевых заготовках, вырезанных из листового металла по числу витков спирали с обточенными наружными и внутренними фасками, вырезают сектор, соответствующий 10...90°, определяемый межвитковым расстоянием и удобством проведения сварки. Затем разгибают концы образуя идентичные витки с одинаковым шаговым расстоянием, зависимым от мощности индуктора и габаритов обрабатываемых деталей. Обточив на кромках витков скосы их соединяют в спираль и сваривают в стык, зачищая в последующем сварные швы и выравнивая их заподлицо с поверхностями витков во избежание появления концентраторов электрического сопротивления. К готовой спирали приваривают токоподводы.
Далее проводят термообработку готового индуктора отпуском для снятия остаточных напряжений после сварки по режиму, зависящему от марки материала спирали. Рекомендуемые стали для изготовления спирали индуктора: Ст. 3, сталь 08кп, сталь 45, сталь 03Н18К9М5ТЮ-ВИ (ЧС4-ВИ).
Особенностью конструкции является открытое с двух сторон межвитковое пространство, соответственно возможно изолирование витков любым известным способом, например, использования плоских пластин из стеклотекстолита, навивка лавсановой лентой и т.д. Спирали данной конструкции могут быть использованы в индукторной системе как с радиальным бандажом, так и без него. Прочность получаемого токоподвода, также может быть рассчитана по методике, предлагаемой в работе [2, 3]. Расчет параметров индукторных систем со спиралью сварного типа производится также, как и для спиралей, изготовленных другим способом.
Технологии и машины обработки давлением
а б
Рис. 1. Виток индуктора спирали сварного типа (а) и спираль в сборе (б)
Немаловажным преимуществом данных индукторов является их ремонтопригодность.
Рис. 2. Индуктор на обжим со спиралью сварного типа без осевого бандажа
Рис. 3. Индуктор на обжим со спиралью сварного типа с осевым бандажом
Сравнение по стоимости технологических процессов изготовления спиралей сварного типа и спиралей, полученных точением из целиковой заготовки для индукторных систем, приведена в таблице.
Сравнение стоимости технологических процессов изготовления спиралей индукторныгх систем методом _ точения и с использованием сварки__
№ п/п Операция Оборудование Время, ч Стоимость, руб
Свар.сп Точ. сп Свар.сп Точ. сп Свар. сп Точ. сп Свар. сп Точ. сп
1 Рубка Резка Ножницы гильотинные НД3316 Станок отрезной полуавтом. 0,25 0,3 700 800
2 Токарная обработка Токарная обработка Станок токарный 1К63 Станок токарный 1К63 4 6 2800 4200
3 Фрезер. Фрезер. Станок с ЧПУ Micron Вертик. фрезерный станок Т13 1.5 7.5 930 9800
4 Сварка, слесарная обработка Слесарная обработка Сварочный полу-автом, УШМ 1,5 4 900 2000
Итого: 7,25 17,8 5330 16880
Сокращения в таблице: свар.сп. - спираль сварного типа, точ. сп. - спираль, изготовленная методом точения, фрезер. - фрезеровка, полуавтом. - полуавтомат, вертик. - вертикальный, УШМ - углошлифовальная машинка
В таблице использованы данные, полученные при изготовлении семивитковой спирали с внутренним диаметром 153 мм и внешним диаметром 193 мм, высота витка 6 мм [4, 5]. Материал для изготовления - сталь 30ХГСА. В качестве заготовки для сварной спирали использовался лист из данного металла толщиной 6 мм (масса 13,104 кг), для точеной спирали круг диаметром 200 мм длинной 75 мм (масса 18,55 кг). Стоимость материала для спирали сварного типа (по ценам 2023 года) - 912,8 рублей, для спирали, изготовленной методом точения 1300 рублей. В стоимости операции учитывались зарплата основных рабочих, потребляемая электроэнергия оборудования, стоимость инструмента, без учета стоимости амортизации оборудования. В таблице не учтены данные по термообработке для снятия напряжений после сварки и резки, выполняемых для обеих заготовок по одинаковым режимам.
Анализ производственных затрат на изготовление индуктора показал, что спираль сварного типа в 3 раза дешевле спирали, полученной методом точения. При этом временные затраты на её изготовление меньше в 2,46 раза, что позволяет сделать вывод об эффективности применения сварных индукторов в условиях серийного производства.
Список литературы
1. Глущенков, В.А. Технология магнитно-импульсной обработки материалов: монография / В.А. Глущен-ков, В. Ф. Карпухин // Самара: Издательский дом «Федоров». 2014. 208 с.
2. Талалаев А.К. Индукторы и установки для магнитно-импульсной обработки металлов. М.: Ин-формтехника, 1992. 143 с.
3. Gluschenkov V.A. Influence of the pulsed magnetic field on the level of residual stresses in welded joints // 18th International Conference on Joining Materials (JOM-18). 2015. P. 115-121.
4. Патент 2760970. Российская Федерация, Устройство для формоизменения оболочки типа "стакан" магнитно-импульсной штамповкой / И.В. Зверев и др.; заявитель и патентообладатель ПАО «ИТОЗ». Опубликовано 16.02.2021 Бюл. № 5.
5. Патент 2790582. Российская Федерация, Индуктор для магнтно-импульсной обработки цилиндрических заготовок / И.В. Зверев и др.; заявитель и патентообладатель БГТУ "ВОЕНМЕХ". Опубликовано: 27.02.2023 Бюл. № 6.
Зверев Иван Вячеславович, заместитель начальника многопрофильного производства, [email protected]. Россия, Тула, ПАО «ПТОЗ»,
Пасько Алексей Николаевич, д-р техн. наук, профессор, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Архангельская Наталья Николаевна, канд. техн. наук, доцент, arhangel [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
DEVELOPMENT OF DESIGNS OF INDUCTOR SYSTEMS ON "CRIMPING" WITH A WELDED TYPE SPIRAL
I. V. Zverev, A.N. Pasko, N.N. Arhangelskaya
The article is devoted to the issue of reducing the cost of manufacturing inductor systems for crimping operations. Various methods for manufacturing of an inductor spiral during magnetic-pulse processing of axisymmetric metal workpieces are considered.
Key words: magnetic-pulse forging, crimping or pressing, magnetic pulse installation, inductor, billet, welded
spiral.
Zverev Ivan Vyacheslavovich, deputy head of multidisciplinary production, [email protected], Russia, Tula, PJSC
«ITOZ»,
Pasko Alexey Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, [email protected], Russia, Tula, Tula State University,
Arkhangelskaya Natalia Nikolaevna, candidate of technical sciences, docent, Russia, [email protected], Tula, Tula State University
