CC BY
21
УДК 621.983; 539.374
СИЛОВЫЕ РЕЖИМЫ ОПЕРАЦИИ РОТАЦИОННОЙ ВЫТЯЖКИ ТРУБНЫХ ЗАГОТОВОК ПО ТРЕХ РОЛИКОВОЙ СХЕМЕ ПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ
В.И. Трегубов, С.Н. Ларин, К.С. Ремнев, Е.В. Осипова
Рассмотрены силовые режимы при ротационной вытяжке деталей тремя роликами. Выполнен анализ влияния степени деформации на изменение относительных величин радиальной, тангенциальной и осевой составляющих сил процесса.
Ключевые слова: ротационная вытяжка, очаг деформации, подача, заготовка,
ролик.
Надежность и эффективность технологических процессов ротационной вытяжки осесимметричных деталей обеспечиваются правильным выбором параметров технологии и геометрии рабочего инструмента. Для научнообоснованного назначения технологических параметров и рационального подбора специализированного оборудования для ротационной вытяжки необходимо иметь информацию о силовых режимах рассматриваемого процесса деформирования.
Рассмотрим схему ротационной вытяжки с разделением очага деформации, которая имеет ряд важных преимуществ по сравнению с традиционными схемами. Она обеспечивает уменьшение деформирующих сил операции (при прочих равных условиях), достижение более высоких степеней деформации, обеспечиваемой за один проход заготовки. Использование такой схемы позволяет интенсифицировать процесс ротационной вытяжки, а также обеспечивает высокую точность изготавливаемых деталей.
На рисунке представлена наиболее предпочтительная схема с тремя роликами, поскольку она обеспечивает равновесие радиальных сил:
Рт = Ря 2 = Ряз. (1)
Суммарная деформация разделяется между тремя роликами, которые имеют радиальное смещение и установлены в одной плоскости. Ролики имеют различные углы рабочего конуса и устанавливаются с различной величиной зазора от оправки. Необходимым условием является установка наибольшего зазора для ролика с наименьшим углом, а зазор, равный толщине стенки готовой детали на обрабатываемом участке устанавливается для ролика, имеющего наибольший угол в комплекте из трех.
Такая установка деформирующих роликов при ротационной вытяжке приводит к образованию трех последовательно расположенных неразрывных участка деформации, наклоненных к оси заготовки под различными углами. Расположение очагов деформации таким образом позволит ограничить образование наплыва и обеспечить более высокую точность диаметральных размеров изготавливаемых деталей.
44
Рис. 1. Трехроликовая схема ротационной вытяжки цилиндрических деталей с разделением деформации при радиальном смещении роликов:
1 - ролик; 2 - оправка; 3 - деталь
Величина радиальной составляющей силы в этом случае определяется по выражению
Pr = И s R rk ^^ sin qdz, (2)
где sr - радиальные напряжения на роликах.
Тангенциальная составляющая определяется как
Pt= Pel + Pt2 + Pt3, (3)
где Pxi, Pt2, Pt3 - тангенциальные составляющие сил на первом, втором и третьем роликах соответственно;
Pel = И°х1|е=е : drcoseeldz; PX2 = íí°x2|e=e dr cos0e2dz;
Pt3 = U°t3|e=e drcosee3dz,
где eei, ee 2, ee3 - угол контакта заготовки с первым, вторым и третьим роликами; sti, st2, st3 - тангенциальные напряжения на первом, втором и третьем роликах соответственно.
Осевая сила, действующая на суппорт стана ротационной вытяжки вычисляется по выражению
Pz = Pzl + Pz2 + Pz3, (4)
где Pzi, Pz2, Pz3 при z = 0 - осевые составляющие сил на первом, втором и третьем роликах соответственно;
rki eei
Pzi = í íszi(r,e)rdrde+mоPRl; Rdi o
rk2 ee2
Pz2 = í ísz2(r,e)rdrde+mоPR2; Rd 2 o
rk3 ee3
Pz3 = í ísz3(r,e)rdrde+mоPRз, Rd o
где о21, о22, о2з - осевые напряжения на первом, втором и третьем роликах на выходе из очага деформации при 2 = 0 соответственно.
В работе [1] изложена математическая модель формоизменения анизотропной трубной заготовки при ротационной вытяжке на специализированном оборудовании осесимметричных деталей коническими роликами. Приведенные соотношения для анализа процесса ротационной вытяжки цилиндрических деталей коническими роликами позволяют установить влияние степени деформации е, угла конусности ролика ар, рабочей
подачи £, геометрических размеров исходной трубной заготовки и ролика на геометрические размеры очага пластической деформации, кинематику течения материала в очаге пластической деформации, напряженное и деформированное состояния, силовые режимы исследуемого процесса. С этой цель разработан алгоритм расчета процесса и программное обеспечение для ЭВМ.
На рис. 2 - 7 представлены графические зависимости изменения относительных величин радиальной Ря, тангенциальной Рх и осевой Р2 составляющих сил от степени деформации е при ротационной вытяжке по 3-роликовой схеме с разделением деформации цилиндрических деталей из сталей 10 и 12Х3ГНМФБА при фиксированных значениях рабочей подачи £ и углов конусности роликов (ар1, ар2 и ар3).
Введены следующие обозначения:
Ря - относительная радиальная составляющая силы
Ря = Ря /[Яв - 0,ЭДоВвО0,2], (5)
Рх - тангенциальная составляющая силы
Р%= Рх /[(яв - 0,ЗДоВво0,2] (6)
Р2 - осевая составляющая силы
Р = Р2 /[(яв - 0,ЭД00в00,2]. (7)
Величины радиальной Ря, тангенциальной Рх и осевой Р2 составляющих сил определялись по выражениям (5), (6) и (7) соответственно.
На рис. 2 - 5 представлены графические зависимости, построенные по результатам расчетов, выполненых для трубной заготовки из стали 10 с наружным радиусом яв =66,3 мм и толщиной стенки трубы 10=9 мм. Диаметр ролика принимается Ор =220 мм, частота вращения шпинделя задается равной п =60 мин-1.
Так же выполнен расчет для трубной заготовки из стали 12Х3ГНМФБА с наружным радиусом Ов=116,2 мм, толщиной стенки трубы ¿0=6,05 мм, диаметром ролика Бр = 280 мм. Частота вращения шпинделя принимается равной п = 75 мин-1 (рис. 6, 7).
46
0,9 0,8
0,7 0,6 РК, 0,5
^'0,3 Гг 0,2 ОД
о
0,2
0,3
г>
р \ „
\ \ ^
р
1 X
\
0,4
0,5
0,6
Рис. 2. Графические зависимости изменения Р^, Рх, Р2 от е для стали 10 (ар = 10°, ар2 = 20°; арз = 30°; £ =1 мм/об)
0,7 0,6 0,5 о,4
Р2 0,2 0,1
о 0,2
0,3
Г)
Рх \
ря
\
р
Рх
\
0,4
0,5
0,6
Рис. 3. Графические зависимости изменения Р^, Рх, Р2 от е для стали 10 (ар = 15°; ар2 = 20°; арз = 30°; £ =1 мм/об)
0,6 0,5 \ 0,4
^,0,3 р
' 0,2
Р.
0,1
0,3
.0,4.
Рк Рг \
\ \
Рх
-
0,5
0,6
Рис. 4. Графические зависимости изменения Р^, Рх, Р2 от е для стали 10 (а р1 = 20°; а р 2 = 25°; а рз = 30°; £ =1 мм/об)
47
Р_Е Р
0,6 0,5 0,4 '0,3
рХ'0,2
Г1
0,1
Ря
\ .
\ р%
0'
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
Рис. 5. Графические зависимости изменения Ря, Рх, Р2 от е для стали 10 (ар1 = 15°; ар2 = ар3 = 30°; £ =1 мм/об)
0,6
0,5
0,4
$.0,3 Р
рУ
0,1
р р
\
\
РТ
0,2 0,3
0,4
0,5 0,6
Рис. 6. Графические зависимости изменения Ря, Рх, Р2
от е для стали 12Х3ГНМФБА (а1 = 15°; а2 = 30°; а3 = 30° ;
£ = 0,75 мм/об)
Рис. 7. Графические зависимости изменения Ря, Рх, Р2 от £ для стали 12Х3ГНМФБА (е = 0,45; а1 = 10°; а2 = 20°; а3 = 30°;
Механические характеристики исследуемых материалов: сталь 10; о02 = 450 МПа; Q = 340,5 МПа; п = 0,79;
сталь 12Х3ГНМФБА; о02 = 950 МПа; ( = 348,3 МПа; п = 0,538.
Анализ графиков и результатов расчета показывает, что с увеличением степени деформации относительные величины радиальных Р^, осевых Р2 и тангенциальных Рх составляющих сил интенсивно растут. Интенсивность возрастания исследуемых составляющих сил существенно зависит от углов конусности роликов а &. Так, при углах конусности роликов ар1 = 10°, ар2 = 20°; ар3 = 30° увеличение степени деформации от 0,2 до 0,6 (£=1 мм/об) приводит к росту относительной радиальной Р^ составляющей силы более чем в пять раз; осевой Р2 - в десять раз, тангенциальной - в три раза. При углах конусности роликов а р1 = 20°; а р 2 = 25°
; а р3 = 30° увеличение степени деформации е от 0,2 до 0,6 (£=1 мм/об)
сопровождается ростом относительной радиальной Р^ составляющей силы в пять раз; осевой Р2 - в три раза, тангенциальной Рх - в три раза.
Установлено, что с увеличением рабочей подачи £ и угла конусности ролика ар все три относительные составляющие сил возрастают.
Для сравнения, на рис. 8 и 9 приведены зависимости изменения относительных величин радиальной Р^, тангенциальной Рх и осевой Р2 составляющих сил от угла конусности ролика а р , степени деформации е и
рабочей подачи £ при ротационной вытяжке одним роликом цилиндрических деталей из стали 10.
Рис. 8. Графические^ зависимости риа 9. Графические зависимости изменения Рк, Рх, Р2 от е изменения Рк, Рх, Р2 от е
для стали 10 для стали 10
(ар = 20°; £ =1 мнЫ) (ар = 30°; £ = 1 мм/об)
Анализ результатов расчетов и графических зависимостей показывает, что при обработке деталей по схеме с разделением деформации радиальная Р% и осевая Р2 силы имеют меньшие значения по сравнению с обработкой указанных деталей по однороликовой схеме обработки. Значения тангенциальной силы Рх не имеют больших расхождений при используемых схемах деформирования.
Работа выполнена в рамках гранта РФФИ № 15-48-03235.
Список литературы
1. Яковлев С.С., Трегубов В.И., Яковлев С.П. Ротационная вытяжка с утонением стенки осесимметричных деталей из анизотропных трубных заготовок на специализированном оборудовании. М.: Машиностроение, 2009. 265 с.
2. Яковлев С.С., Трегубов В.И., Ремнев К.С. Ротационная вытяжка с утонением стенки трубных заготовок из анизотропного материала // Куз-нечно-штамповочное производство, 2011. № 12. С. 10-17.
3. Ремнев К.С., Трегубов В.И., Ларина М.В., Осипова Е.В. Схема ротационной вытяжки с разделением очага деформации // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Вып. 11. Ч. 1. Тула: Изд-во ТулГУ, 2015. С. 148-150.
4. Ремнев К.С., Ларин С.Н. Напряженное состояние заготовки при ротационной вытяжке с разделением очага деформации // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Вып. 11. Ч. 1. Тула: Изд-во ТулГУ, 2015. С. 108-111.
5. Уэллс С.Н. Наплыв и увеличение диаметра при обкатке трубчатых заготовок // Труды американского общества инженеров - механиков. Конструирование и технология машиностроения. Пер. с англ. М.: Изд. иностр. лит. Т. 90. № 1. Серия В. 1968. С. 63-71.
6. Колмогоров В. Л. Механика обработки металлов давлением. Екатеринбург: Уральский государственный технический университет (УПИ), 2001. 836 с.
Трегубов Виктор Иванович, д-р. техн. наук, проф., тр-и1а@,гатЪ1ег.ги, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Ларин Сергей Николаевич, д-р техн. наук, проф., тр/-Ы1а@,гатЪ1ег.ги, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Ремнев Кирилл Сергеевич, д-р. техн. наук, доц., тр-и1а@,гатЪ1ег.ги, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Осипова Елена Витальевна, асп., тр/-Ы1а@,гатЪ1ег.ги, Россия, Тула, АО «НПО «СПЛАВ»
POWER MODES OF OPERATION ROTARY DRAWING ROUND BILLETS IN THREE ROLLER CHART PLASTIC DEFORMATION
V.I. Tregubov, S.N. Larin, K.S. Remnev, E.V. Osipova
We consider power modes while rotational drawing parts three rollers. The analysis of the influence of the degree of strain on the change in the relative values of the radial, tangential and axial components of the process forces.
Key words: rotary extractor, deformation zone, supply, storage, video.
Tregubov Victor Ivanovich, doctor of technical sciences, professor, mpf-tulaarambler. ru, Russia, Tula, NPO «SPLA V»,
Larin Sergey Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, mpf-tulaarambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Remnev Kirill Sergeevich, doctor of technical sciences, docent, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Osipova Elena Vitalievna, postgraduate, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, NPO «SPLAV»
