CC BY
73
УДК 621.73.043
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОКОВОК КОЛЕЦ СИНХРОНИЗАТОРА АВТОМОБИЛЯ КАМАЗ
В.Н. Михайлов, И.М.Володин
Рассмотрены этапы исследования технологии изготовления поковок колец синхронизатора автомобиля КАМАЗ из специальной латуни с узким температурным интервалом штамповки. Предложенная конструкция штампа позволит ликвидировать коробление поковок при штамповке и снизить расход латуни.
Ключевые слова: кольцо синхронизатора, поковка, штамповка, коробление.
Одной из основных задач, стоящих перед отечественной машиностроительной промышленностью и связанной с этой отраслью наукой, является повышение эффективности технологических процессов изготовления деталей при значительном уменьшении материальных и энергетических затрат. Это может быть достигнуто только в результате разработки и внедрения в производство новых ресурсосберегающих технологий, в том числе, горячей объемной штамповки (ГОШ) заготовок для последующей механической обработки.
В настоящее время на ОАО «КАМАЗ» внедрена в производство технология ГОШ поковок пяти типов колец синхронизаторов из латуни ЛМцСКА 58-2-2-1-1 [1]. К технологическим особенностям ГОШ указанных поковок относятся их геометрические размеры (большой диаметр, многократно превышающий высоту и толщину сечения поковки) высокая пластичность и низкое сопротивление деформации латуни в рамках узкого температурного интервала штамповки и, как следствие этого, склонность поковок к короблению при выталкивании их из штампа и транспортировке к обрезному прессу.
Применение фигурного облойного мостика рис.1 [1] дало в свое время возможность реализовать технологию ГОШ поковок с большой долей окончательно сформированных поверхностей. Это значительно сократило объем механической обработки. В результате было высвобождено 14 механообрабатывающих станков и сокращено 28 рабочих мест.
В технологии штамповки колец синхронизатора форма и параметры облоя имеют большое значение. В процессе штамповки он не только создает необходимый подпор для заполнения полости ручья штампа, но и увеличивает момент сопротивления сечения поковки, что препятствует её короблению. Облой имеет малую, относительно высоты поковки, толщину, интенсивно остывает в процессе штамповки и транспортировки к обрезному прессу, что обеспечивает дополнительную жесткость поковке.
На основе анализа опыта эксплуатации штампа (рис. 1), технологии
механической обработки поковок, численного моделирования внедренной технологии ГОШ, а так же существующих конструкций облойных мостиков [2, 3] был сделан вывод о возможности дальнейшего совершенствования конструкции штампа с целью экономии дорогостоящей латуни.
Рис. 1. Схема ковочного штампа для поковки кольца синхронизатора делителя передач (продольное сечение)
Предложена новая усовершенствованная конструкция штампа с уменьшенными с 7 до 1,5 градусов штамповочными уклонами и расширяющимся облойным мостиком меньшей толщины.
Применение расширяющегося облойного мостика позволяет понизить подпор металла на стадии доштамповки и снизить усилие деформации за счет уменьшения площади контакта инструмента с облоем в расширяющейся полости.
Конструктивно расширяющийся облойный мостик реализуется за счет смещения центра радиуса проточки Я2 верхней части штампа относительно центра радиуса выступа Я1 нижней части штампа в сторону от ручья рис. 2.
Важно, что внедрение в практику новой оснастки возможно без специальной подготовки производства и увеличения трудоемкости изготовления штампа.
Для определения величины смещения центра радиуса проточки Я1 в сторону от ручья штампа, относительно центра радиуса выступа Я2 при условии полного заполнения ручья штампа провели ряд численных экспе-
риментов с помощью прикладной программы <^Богт» -3Б.
Результаты компьютерного моделирования ГОШ поковки кольца синхронизатора делителя передач приведены в табл. 1.
Рис. 2. Облойный мостик штампа
Рассмотрим более подробно наиболее значимые варианты. Заготовку, как и во внедренном (базовом) варианте, брали кольцевую, отрезанную от трубы.
Первый вариант - моделирование базовой технологии штамповки поковки кольца синхронизатора делителя передач с толщиной облоя 2,5 мм.
Исходная заготовка: наружный диаметр 0нар = 170 мм; толщина Б = 22 мм; высота Н = 19 мм; штамповочные уклоны 7 град., масса т з = 1,65 кг.
Получены следующие результаты: зажимов и складок на поковке нет; ручей штампа заполнен полностью; наблюдается полный контакт инструмента с поковкой в области облойного мостика, усилие штамповки равно 5,4 МН.
Шестой вариант со смещением центра радиуса проточки Я1 в сторону от ручья, относительно центра радиуса выступа Я2, на величину 0,6 мм, с уменьшенными наружными штамповочными уклонами до 1.5 град., толщиной облоя 1,5 мм и откорректированными размерами заготовки по наружному диаметру и высоте.
Исходная заготовка: 0нар = 165 мм; Б = 18,5 мм; Н = 20 мм; т з =
1,448 кг.
Результаты моделирования: складок на поковке нет; ручей штампа заполнен полностью; наблюдается отрыв металла со стороны выступа на нижней части штампа до центра радиуса выступа (зона контакта инструмента с поковкой в области облойного мостика уменьшена); усилие штамповки равно 3,87 МН.
Седьмой вариант со смещением центра радиуса проточки Я1 в сторону от ручья, относительно центра радиуса выступа Я2, на величину 0,7
мм, с уменьшенными наружными штамповочными уклонами до 1.5 град., толщиной облоя 1,5 мм и с теми же размерами заготовки по наружному диаметру и высоте как и в шестом варианте.
Исходная заготовка: 0нар = 165 мм; Б = 18,5 мм; Н = 20 мм; т з =
1,448 кг.
Результаты моделирования: складок на поковке нет; ручей штампа заполнен не полностью (не оформлены радиусы поковки); наблюдается отрыв металла со стороны выступа на нижней части штампа до центра радиуса выступа (зона контакта инструмента с поковкой в области облойного мостика уменьшена); усилие штамповки равно 3,77 МН. Вариант не подлежит промышленной реализации.
Таблица 1.
Результаты моделирования ГОШ поковки кольца синхронизатора делителя передач из латуни ЛМцСКА 58-2-2-1-1
№ этапа Описание варианта Параметры исходной заготовки Экономия металла в сравнении с базовым вариантом, кг Усилии штам- повки, МН
1 2 3 4 5
1 Базовый вариант, штамповочный уклон 7 град., толщина облоя 2,5 мм. 0нар = 170 мм, Б = 22 мм, Н = 19 мм, т з = 1,650 кг. 5,4
2 Штамповочный уклон 7 град., толщина облоя 1,5 мм. 0нар = 170мм, Б = 22 мм, Н = 17,5 мм, т з = 1,522 кг. 128,5 8,9
3 Штамповочный уклон 7 град., толщина облоя 1,5 мм, смещение 0,5 мм 0нар = 170мм., Б = 22 мм, Н = 17,5 мм, т з = 1,522 кг. 128,5 4,88
4 Штамповочный уклон 1,5 град., толщина облоя 1,5 мм, смещение 0,5 мм 0нар = 170 мм, Б = 22 мм, Н = 16,6 мм, т з = 1,443 кг. 206,6 5,1
5 Штамповочный уклон 1,5 град., толщина облоя 1,5 мм, смещение 0,5 мм 0нар = 165 мм, Б = 18,5 мм, Н = 20 мм, т з = 1,448 кг. 202,5 4,2
Продложение табл. 1
1 2 3 4 5
6 Штамповочный уклон 1,5 град., толщина облоя 1,5 мм, смещение 0,6 мм 0нар = 165 мм, Б = 18,5 мм, Н = 20 мм, т з = 1,448 кг. 202,5 3,87
7 Штамповочный уклон 1,5 град., толщина облоя 1,5 мм, смещение 0,7 мм 0нар = 165 мм, Б = 18,5 мм, Н = 20 мм, т з = 1,448 кг. 202,5 3,77
Для подтверждения достаточной сходимости результатов компьютерного моделирования и реальной штамповки, был спроектирован и изготовлен экспериментальный штамп, защищенный патентом на полезную модель [4].
Проведено компьютерное моделирование штамповки кольца синхронизатора из свинца, уменьшенного в 2,5 раза и физическое моделирование в экспериментальном штампе рис. 3.
Штамп работает следующим образом. Убирают верхнюю вставку 1, опорную пластину 7 и толкатели 6. Закладывают кольцевую заготовку в нижний ручей штампа и устанавливают верхнюю вставку 1. На гидравлическом прессе производят штамповку, фиксируя усилие развиваемое прессом. По окончании штамповки, удаляют верхнюю вставку, переворачивают штамп, устанавливают толкатели 6 пластину 7 и вставку 9. На прессе производят выталкивание поковки из ручья штампа, фиксируя усилие выталкивания.
Штамповку проводили на гидравлическом прессе ПММ-500. Результаты компьютерного и физического моделирования приведены в табл. 2.
На рис. 4 показаны заготовки и переходы модели поковок из свинца в разрезе.
Сравнение результатов численного и физического моделирования штамповки поковок из свинца показали, что усилие деформации отличаются не более 10 %.
К внедрению на ОАО «КАМАЗ» предложен шестой вариант ГОШ поковки кольца синхронизатора делителя передач, с уменьшенной толщиной облоя 1,5 мм и уменьшенными штамповочными уклонами 1,5 град. Снижение расхода латуни составило 0,202 кг на одну поковку.
_________ио\ ' Ч, /
\гк
Рис. 3. Экспериментальный штамп:
1- верхняя вставка; 2 - корпус; 3 - нижняя наружная вставка;
4 - нижняя внутренняя вставка; 5 - кольцевой выталкиватель; 6 - толкатель; 7 - опорная пластина; 8 - опорная плита;
9 - вставка пластины; 10 - винты крепления
Таблица 2
Усилие штамповки и выталкивания модели поковки кольца ______синхронизатора делителя передач из свинца, Кн____________
Вид моделирования Вариант облоя
Плоский (классический) Фигурный Фигурный с расширением 0.25 мм
Компьютерное (штамповка) 369 424 311
Физическое (штамповка) 380 419 344
Физическое (выталкивание) 7 8.3 6.6
в)
Рис. 4. Заготовки и варианты моделей поковок в разрезе: а - плоский вариант облоя ; б -полукруглый вариант облоя; в - полукруглый вариант облоя с расширением
В настоящее время на заводе ведется подготовка производства для проведения опытно-промышленной штамповки в производственных условиях.
Список литературы
1. Патент СССР 1821286 на изобретение, МКИ B21J 13/02. Штамп для открытой объемной штамповки поковок / В.Н. Михайлов, И.М. Володин, В.Д. Филатов, В.С. Смирнов. Опубл. 15.06.1993. Бюл. №22.
2. Аксенов, Л.Б., Богоявленский К.Н. Современные методы проектирования процессов горячей объемной штамповки // Л.: ЛПИ. 1982. C. 92.
3. Охрименко Я.М., Ненашев В.Ю., Юшков А.В. Особенности течения металла в расширяющейся облойной щели открытого типа // Черная металлургия: Известия высших учебных заведений, 1975. №8.
4. Патент РФ 132005 на полезную модель, МПК B21J 13/02. Штамп для исследования открытой объемной штамповки поковок/ В.Н. Михайлов, А.И. Володин, А.В. Москвин. Опубл. 10.09.2013. Бюл. №25.
Михайлов Виктор Николаевич, аспирант, mikhlov_v_n@hotmail.com, Россия, Липецк, Липецкий государственный технический университет,
Володин Игорь Михайлович, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, vim@stu.lipetsk.ru, Россия, Липецк, Липецкий государственный технический университет
Приходько Денис Игоревич, студент, enioveez@gma.il.com, Россия, Липецк, Липецкий государственный технический университет
IMPROVEMENT OF THE TECHNOLOGY FOR MANUFACTURING KAMAZ TRUCK SYNCHRONIZER’S CIRCLES FORGINGS.
V.N. Mikhaylov, I.M. Volodin
The stages of the research in the technology of manufacturing synchronizer’s circle forgings for KAMAZ truck are considered. The forgings are made from special kind of brass with narrow temperature interval of press-forming. The suggested die form will help to avoid buckling of forgings at press-forming and to lower the expense of brass.
Key words: synchronizer’s circle, forgings, press-forming, buckling.
Mikhaylov Victor Nikolayevich, postgraduate, mikhaylov v nahotmail.com, Russia, Lipetsk, Lipetsk State Technical University,
Volodin Igor Mihailovich, professor, manager of department, vim@stu. lipetsk. ru, Russia, Lipetsk, Lipetsk State Technical University,
Prihod’ko Denis Igorevich, student, enioyeezagmail. com, Russia, Lipetsk, Lipetsk State Technical University
