CC BY
86
УДК 621.735.32
РЕНОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ОБРАБОТКЕ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ Д. В. Хван, А. Д. Хван
В работе разработан способ восстановления изношенных цилиндрических деталей пластической осадкой.
Представлены опытные данные, подтверждающие высокую эффективность предложенного способа
Ключевые слова: направляющие стойки, пластическая осадка, матрица, штамп, деформация, сила сжатия.
Во многих машинах, механизмах, а также в технологическом оборудовании используются детали цилиндрической формы, которые изнашиваются по внешней поверхности при сопряжении с другими конструктивными элементами. Из-за износа происходит уменьшение диаметра детали, что делает их непригодными для дальнейшей эксплуатации .
На рис. 1 представлена форма детали, для которой разработан рассматриваемый в статье способ восстановления. Такая форма элемента конструкции часто используется в машиностроении, например, в прессовом оборудовании и технологических оснастках такими деталями являются стойки (направляющие колонки), которые обеспечивают возвратно-поступательное движение подвижных частей и при этом интенсивно изнашиваются, а это является причиной снижения точности работы оборудования.
—■- а
її ■ і и 1!
о ■ і р ■
-І1— ■ н Hi
О
1 1
1 1
її 1 ь
Рис. 1. Заготовки ступенчатой формы
Еще одним примером деталей цилиндрической формы, которые подвергаются интенсивному износу, являются направляющие штыри, которые используются в литейном производстве при сборке литейных форм. На рис. 2 представлена наиболее распространенная форма штыря.
Рис. 2. Типовая форма направляющих штырей
Представленные штыри имеют три основные части: коническую с углом конусности а ,
направляющую и центрирующую длиной Н и диаметром Б , а также крепежной диаметром А < Б . В зависимости от соотношения длины рабочей части Н и диаметра детали Б различают длинномерные (Н > 3Б ) и короткие (Н < 3Б ) штыри. Основной причиной изнашивания рабочей части штыря является многократная сборка и разборка литейных форм и износ приводит к неточности монтажа литейных форм.
В связи с тем, что рассмотренные элементы конструкций, как правило, изготавливаются из высококачественных и дорогостоящих марок сталей, то целесообразно не утилизировать изношенные детали, а подвергать их реставрации. При этом достигается значительное сбережение материала, экономия энергоресурсов и временных затрат. Как один из способов ремонта непригодных для использования деталей [1] предлагается технология восстановления цилиндрических элементов конструкций на основе пластической осадки. Для осуществления указанного процесса применительно к деталям ступенчатой формы необходимо разработать специальный штамп, позволяющий реализовывать пластическое сжатие только изношенного участка рабочей части с диаметром Б (см. рис. 1 и 2).
В статье представлена конструкция штампа для ремонта рассмотренных выше деталей. Здесь следует отметить, что в соответствии со схемой нагружения представленной на рис. 3 происходит деформирование концевых частей торцов колонки.
Хван Дмитрий Владимирович - ВГТУ, д-р техн. наук, профессор, тел. 8(473)252-74-80
Хван Александр Дмитриевич - ВГТУ, канд. техн. наук, доцент, тел. 8(473)252-74-80, e-mail: tpm@vorstu.ru
Рис. 3. Схема нагружения ступенчатой детали
В связи с этим, требуется другая схема нагружения с использованием матрицы. На рис. 4 представлено нагружение ступенчатой детали 1 через матрицу 2, имеющую внутреннее соосное отверстие диаметром d . Такая схема нагружения позволяет добиться необходимой кинематики деформирования с исключением пластического формоизменения концевых частей торцов колонки.
-ч Ґ
У ^
Рис. 4. Нагружение ступенчатой детали через матрицу
Однако и в такой схеме нагружения детали есть существенный недостаток, который связан с
образованием в приконтактной зоне местных наплывов восстанавливаемой части детали.
В связи с этим, для решения поставленной технической задачи предлагается, представленная на рис. 5а, форма матрицы, которая имеет цилиндрическое гнездо соосное отверстию диаметра А . Глубина гнезда I = 2... 3 мм и диаметр Б = Б н + А, где А - припуск на механическую обработку для получения номинального посадочного диаметра Б Н
На торцевой поверхности матрицы выполняется соосное отверстию диаметра А цилиндрическое гнездо глубиной I = 2 ... 3 мм и диаметром Б = Б Н + А , где А - припуск на механическую обработку для получения
номинального посадочного диаметра Бн . Для
деталей имеющих галтель с радиусом Я предлагается использовать матрицу,
представленную на рис. 5 б, в которой для
сопряжения выполняется галтель с таким же радиусом.
а)
Рис. 5. Предлагаемые формы матриц
На рис. 6 представлена конструкция штампа, которая является достаточно простой в
эксплуатации и в конструктивном отношении.
Следует отметить, что в качестве основы
разработанной конструкции можно использовать штампы, представленные в [2 - 4], но для
промышленных условий при выполнении ремонтных работ, относящихся обычно к
мелкосерийному производству целесообразней использовать предложенный в статье штамп.
Штамп состоит из следующих основных элементов: корпус из стали в форме цилиндра 1; нижняя матрица 2, которая вставлена по поверхности посадки в корпус; поддерживающие секторы 3 длиной 1 и с углом конусности 2Р ; обойма 4 с таким же углом конусности; пуансон 5; запрессованная в него верхняя матрица 6; стопорное кольцо 7, которое разрезано на две равные части; обрабатываемая деталь 8; стол пресса 9.
Для предотвращения продольного изгиба выступающей из секторов концевой части образца длина его Н и высота секторов 1 должно выполняться условие
Н = I + 2Б . (1)
В работе [4] подробно описаны алгоритм расчета угла конусности 2Ь и механическое взаимодействие подвижных частей штампа и детали 8.
Процесс пластической осадки для восстановления детали в рассмотренном штампе реализуют в следующей последовательности. Восстанавливаемую деталь для уменьшения деформирующего усилия подвергают
рекристаллизационному отжигу. Затем зачищают и устанавливают между поддерживающими секторами 3, а нижнюю часть детали вводят в гнездо матрицы 2. После этого пуансоном 5 закрывают корпус 1. Далее в соответствии с рис. 6 нагружают деталь 8 через пуансон 5 с матрицей 6 силой Р на прессе до необходимой степени деформации. После этого, обработанную деталь извлекают из штампа и подвергают механо-термической обработке для получения номинального диаметра Б Н и необходимой твердости на рабочей поверхности.
Рис. 6. Штамп для восстановления ступенчатых деталей
Для восстановления штырей, форма которых представлена на рис. 2 матрицу (рис. 7) устанавливают в пуансон 5. Рекомендуемый размер Н 2 = Н1 + 2...3мм . В соответствии с рис. 5
посадочное гнездо в матрице 2 должно иметь галтель радиуса Я .
Рис. 7. Верхняя матрица для восстановления штырей Для экспериментального обоснования возможности пластической осадки длинномерных ступенчатых цилиндрических деталей были обработаны образцы из термически необработанной стали 45. Эскиз образца представлен на рис. 8. Для проведения испытаний использовались матрицы первого типа (рис. 5а).
Рис. 8. Эскиз образца На рис. 9 представлена фотография образцов.
II
Рис. 9. Фотография образцов
На фотографии: первый (слева направо) -
недеформированный образец; второй - осаженный до относительной деформации ~ 5% с применением матрицы, в которых выполнено гнездо; третий -сжатый до деформации е = 5%, но с применением матриц с плоскими торцами; четвертый сжатый с матрицами, но без поддерживающих секторов. Из представленной фотографии следует, что второй и третий образцы осажены без искривления. На третьем образце в приконтактной зоне образовались наплывы. Осадка детали в штампе без
использования поддерживающих элементов приводит к изгибу. Таким образом, только на втором образце достигнута достаточно высокая точность (с отклонением ~ 3%) увеличения
диаметра осаживаемой части образца.
Для компенсирования износа и припуска на механическую обработку достаточно осаживать реставрируемую деталь на ~ 3%. Поэтому
существует возможность восстанавливать
подверженные износу детали до 4-х раз при условии отсутствия влияния изменения длины рабочей части на возможность эксплуатации элемента.
С целью внедрения в производство новой технологии ремонта изношенных деталей был успешно реализован заказ АО «Курскагромаш» на разработку штампа для восстановления посадочного диаметра 0 34,85 - 0,05 круглого штыря для модельных плит. Эскиз этой детали представлен на рис. 10.
37,5
Рис. 10. Эскиз штыря для модельных плит
При реализации новой технологии восстановления изношенных штырей из стали 20Х их подвергли предварительной термообработке.
Указанные штыри имеют а0 =(Н /Б )<2, и поэтому осадку их производили в рассмотренном штампе без поддерживающих секторов. При этом для матриц 2 и 6 (рис. 5 и рис. 7) были приняты следующие технологические размеры: А = 26,05мм; Я = 5мм; Б ' = 35,1мм; ( = 2мм; Б 2 = 20мм;
Н 2 = 19,5мм; а = 47°.
На рис. 11 и 12 показаны соответственно фотографии разобранного штампа и испытанных штырей. Нижний образец (рис. 12) был осажен в матрице без посадочного гнезда. Как видим, в нижней части этого штыря образовался наплыв с наибольшим диаметром ~ 36 мм. Результаты замера пригодных к применению деформированных штырей показали, что диаметр по всей рабочей части последних составил 35,2 ± 0,1 мм.
Рис. 11. Фотография штампа для восстановления штырей
Вывод
Разработана инновационная технология реновации цилиндрической формы деталей пластической осадкой на основе применения специального штампа. Она может быть использована с высокой эффективностью на производстве.
Литература
1. Молодык Н.В., Зенин А.С. Восстановление деталей машин. М.: Машиностроение. 1989, - 234 с.
2. Хван Д.В., Пешков Е.В. Применение процессов осадки в восстановлении длинномерных деталей. Кузнечно-штамповочное производство, 2002. №9. - с. 2325.
3. Хван Д.В. Штамп для восстановления
пластической осадкой длинномерных цилиндрических деталей. Информационный листок № 266-93 /
Воронежский межотраслевой территориальный ЦНТИП, 1993. 3 с.
4. Хван Д.В. Повышение эффективности в
обработка материалов давлением. Воронеж: Изд-во
Воронежского государственного университета. 1995, -224 с.
конструкций в производстве.
Воронежский государственный технический университет
RENOVATION TECHNOLOGY IN METAL FORMING D.V. Khvan, A.D. Khvan
In this paper, a method of restoring the worn plastic cylindrical parts draft. Presented experimental data confirming the high efficiency of the proposed method
Key words: rack rails, plastic pellet, matrix, stamp, strain, compression force
Рис. 12. Фотография испытанных штырей
Таким образом, была экспериментально обоснована возможность пластического
формоизменения на основе осадки ступенчатых цилиндрических деталей с применением штампа с поддерживающими секторами, а также целесообразность использования разработанной новой технологии ремонта изношенных элементов
