CC BY
217
УДК 621.983; 539.374
С.С. Яковлев, д-р техн. наук, проф., (4872) 35-14-82, тр£1:и1а@гатЫег.ги (Россия, Тула, ТулГУ),
В.И. Трегубов, д-р техн. наук, проф., (4872) 41-15-55, тр£1:и1а@гатЫег.ги (Россия, Тула, ФГУП «ГНПП Сплав»),
Д.В. Дудка, канд. техн. наук, доц., (4872) 35-14-82, тр£1:и1а@гатЫег.ги (Россия, Тула, ТулГУ)
ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ ДЕТАЛЕЙ РОТАЦИОННОЙ ВЫТЯЖКОЙ
Описаны технологические процессы изготовления осесимметричных деталей ротационной вытяжкой и ротационным обжимом. Показана экономическая эффективность новых технологических процессов.
Ключевые слова: ротационная вытяжка, высокопрочные материалы, технологический процесс, трубная заготовка, обжим, раздача, технологическая оснастка.
Важнейшими задачами, стоящими перед промышленностью, являются повышение качества выпускаемой продукции, экономия материала и повышение производительности труда. Значительная роль в решении этих задач отводится методам обработки металлов давлением, позволяющим обеспечивать безотходное формоизменение металла вместо механической обработки резанием.
Однако обеспечение размерной точности, качества наружной и внутренней поверхности при изготовлении полых тонкостенных деталей, широко используемых в конструкциях машин и механизмов, встречает определенные трудности. Особенно остро стоит вопрос изготовления цилиндрических тонкостенных оболочек длиной более 1 м.
Изготовление деталей такого типа с помощью традиционных методов обработки, например, методом глубокой вытяжки, требует большого количества прессовых, механических и термических операций, дорогостоящего оборудования и оснастки, кроме того, возможности существующего прессового оборудования ограничены в части изготовления деталей большой длины. Изготовление указанных деталей с помощью механической обработки резанием тем сложнее, чем больше длина детали, выше требования точности и качества детали. К тому же при изготовлении таких деталей резанием неизбежны высокие потери металла.
За последние годы при изготовлении тонкостенных цилиндрических деталей находят все более широкое применение методы обработки давлением с созданием локального очага деформации. Одним из таких методов является ротационная вытяжка [1, 2].
Значительное место в общем объеме деталей, изготавливаемых ротационной вытяжкой, занимает производство тонкостенных сложнопро-
фильных деталей. Детали такого типа обычно изготавливаются за несколько операций.
На рис. 1, а-г приведена схема технологического процесса изготовления сложнопрофильной детали из малоуглеродистой стали (сталь 10) методом ротационной вытяжки и ротационного обжима.
250
а)
б)
4.5+ 0.2
в)
Рис. 1. Технологическая схема изготовления цилиндрических деталей из стали 10 методом ротационной вытяжки и ротационного обжима: а - резка труб на мерные заготовки; б - механическая обработка (обточка, расточка); в - первый переход (ротационный обжим); г - второй переход (ротационная вытяжка)
В качестве исходной заготовки используется стандартная горячекатаная труба 0 146х10 мм по ГОСТ 8732-78 в нормализованном состоянии. После разрезки труб на мерные заготовки последние подвергаются механической обработке по наружной и внутренней поверхностям. В процессе механической обработки обеспечиваются необходимые требования по геометрической форме, размерной точности, а также качеству наружной и внутренней поверхностей, предъявляемые к заготовкам под последующую пластическую деформацию при ротационном обжиме и ротационной вытяжке.
Совмещенные для изготовления этой детали операции ротационного обжима и ротационной вытяжки в одну операцию осуществляются на единой профильной оправке за несколько переходов.
Для проведения этой операции использован станок с числовым программным управлением модели «Лейкомат-600». В качестве деформирующего инструмента использованы радиусные ролики с комбинированным рабочим профилем. С одной стороны (от вершины) ролики имеют эвольвентный профиль для ротационного обжима, а с другой стороны -радиусной профиль для ротационной вытяжки цилиндрической части детали.
На первом этапе обработки исходная заготовка (см. рис. 1, б) устанавливается на профильной оправке с фиксацией ее в осевом направлении до упора в торец (со стороны буртика) с помощью трехкулачкового патрона, при этом часть заготовки (достаточная по объему для формообразования конического участка и участка горловины) располагается над коническим участком оправки. Формообразование конического участка и горловины детали осуществляется за два прохода. При первом проходе осуществляется предварительное формообразование конического участка по профилю конического участка оправки без утонения стенки. При втором проходе осуществляются утонение стенки до заданного значения на коническом участке полуфабриката и формирование участка горловины до заданных размеров готовой детали.
После этого заготовка освобождается от фиксации ее (со стороны буртика) в осевом направлении, и при обратном перемещении роликов осуществляется ротационная вытяжка цилиндрического участка детали с упором полуфабриката во вновь образованную коническую поверхность.
При ротационной вытяжке, производимой с разделением деформации между роликами в соответствии с работами [3, 4], осуществляется обеспечение линейных и диаметральных размеров детали, толщины стенки, а также качества поверхности цилиндрической части детали.
Совмещение операций ротационного обжима и ротационной вытяжки в единую операцию позволило обеспечить высокую точность изделия в части соосности поверхностей составляющих элементов детали.
Кроме того, использование новой одномашинной технологии позволило резко снизить затраты на подготовительные работы и производство продукции по сравнению с ранее действовавшей технологией изготовления этих деталей методом штамповки с последующей механической обработкой конического участка и участка горловины.
Вышеуказанная технология позволила сократить 4 прессовых операции - 2 химические операции и 2 операции термической обработки, заменив их одной комплексной формообразующей операцией.
При изготовлении деталей с кольцевыми утолщениями за один проход обеспечение линейных размеров не представляет существенных трудностей, так как точность линейных размеров детали определяется в этом случае точностью системы управления перемещением деформирующего инструмента используемого оборудования. Однако при значительных перепадах толщины стенки на основных и утолщенных участках изготовление деталей за один проход (или за одну операцию) невозможно (ограниченные пластические свойства материала, силовые возможности оборудования и др.). В связи с этим обеспечение линейных размеров готовой детали является более сложным и имеет свои особенности.
На рис. 2, а-д представлена технологическая схема изготовления осесимметричной детали из легированной стали 12Х3ГНМФБА с концевыми утолщениями. Исходную заготовку под ротационную вытяжку изготавливают из горячекатаной трубы 0 110вн х 13 мм, которую (после разрезки) в отожженном состоянии подвергают черновой механической обработке по наружной и внутренней поверхностям. После этого заготовки подвергают термической обработке (закалке и отпуску), в результате которой обеспечиваются необходимые механические свойства материала с учетом его последующей пластической деформации при ротационной вытяжке. После окончательной (чистовой) механической обработки заготовки (рис. 2, в) осуществляется ротационная вытяжка за два прохода.
При первом проходе (рис. 2, г) исходную заготовку утоняют с толщины стенки 7 до 3,9+0,1 мм на ограниченном участке, длина которого (/1 = 760+3 мм) определяется расчетным путем и должна обеспечить объем металла, достаточный для получения участка / детали с максимальной длиной 1670 мм при максимальной толщине стенки участка (I =1,7+0,1).
При втором проходе (рис. 2, д) толщину стенки 3,9+0,1 мм участка /1, полученную при первом проходе, утоняют до толщины стенки 1,7+0,1 мм, обеспечивая при этом линейный размер 85+3 мм, а также размер /2= 1670+3 мм, который складывается из суммы участков / = 1610+60 мм и /^.
Фактические длины этих участков (/ и /^) на каждой отдельной детали зависят от фактической толщины стенки 1,7+0,1 мм. При ее максимальном значении (1,8 мм) длина участка / будет максимальной и рав-
няться величине /2, а участок /^ будет равен 0, и, наоборот, при получении минимальной толщине стенки 1,6 мм значение / будет минимальным (/ =1550 мм), а длина участка /^ - максимальной, равной разности (/2 - /).
11 = 76П±1
г)
85±3
1 = 1610 ± 60
12 = 1670 ± 3 _
1745
д)
Рис. 2. Технологическая схема изготовления цилиндрических деталей из легированной стали 12Х3ГНМФБА: а - разрезка труб на мерные заготовки; б - механическая обработка (обточка, расточка), термообработка (закалка, отпуск); в - механическая обработка (чистовая обточка, расточка); г - первый проход; д - второй проход, ротационная
вытяжка
Значительная величина колебания размеров / и /^ связана с разностью объема металла, необходимого для получения участка / при минимальной и максимальной толщине стенки 1,7+0,1 мм. В этом случае уча-
сток /^ служит компенсатором разности объема металла участка /1, получаемого при первом проходе, и объема, потребного для получения участка / при втором проходе в зависимости от фактически получаемой толщины стенки 1,7+0,1 мм.
В связи с тем, что обеспечение размера /2 при втором проходе не зависит напрямую от положения рабочего инструмента при ротационной вытяжке деталей с кольцевыми утолщениями (положение инструмента фиксирует длину / без учета длины /^), то для обеспечения размера /2 необходимо наличие дополнительного устройства, фиксирующего получение этого размера с заданной точностью и дающего команду в систему управления стенка. В зависимости от системы управления используемого оборудования в качестве такого устройства могут использоваться различного типа линейные указатели (при ручном управлении) или конечные выключатели (при использовании систем ЧПУ или гидрокопировальных устройств).
Таким образом, при ротационной вытяжке деталей с кольцевыми утолщениями за несколько проходов (или операций) необходимо предусмотреть в конструкции детали участок-компенсатор длиной /^, устанавливаемой расчетным путем в зависимости от полей допусков на толщину стенки; оснащение оборудования дополнительным устройством для контроля линейного размера между утолщениями (/2); осуществление тщательной наладки оборудования по обеспечению толщины стенки детали, чтобы стабилизировать колебания размеров / и /^ в узких пределах.
Работа выполнена по ведомственной целевой программе «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010 годы)», грантам РФФИ и по государственному контракту в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы.
Список литературы
1. Гредитор М.А. Давильные работы и ротационное выдавливание. М.: Машиностроение, 1971. 240 с.
2. Могильный Н.И. Ротационная вытяжка оболочковых деталей на станках. М.: Машиностроение, 1983. 192 с.
3. 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.
4. Белов Е.А., Юдин Л.Г. Ротационная вытяжка на специализированном оборудовании // Ковка и штамповка: Справочник. Том 4. Листовая штамповка / Под ред. А.Д. Матвеева. М.: Машиностроение, 1987.
С. 234 - 257.
5. Yakovlev, V. Tregubov, D. Dudka
The axisymmetric details producing technologies by the rotary drawing process
The technological processes of the axisymmetric details rotary drawing and rotary squeezing are described. The financial viability of new technological processes is shown.
Key words: rotary drawing, high strength materials, technological process, piped detail, squeezing, flaring, technological equipment.
Получено 04.08.10
УДК 539. 374
Г.В. Панфилов, д-р техн. наук, проф., (4872) 48-24-28,
Archon80@mail.ru (Россия, Тула, ТулГУ),
П.В. Судаков, инженер, (4872) 35-14-82, sydakov-mpf@mail. ги (Россия, Тула, ТулГУ),
Е.Ю. Хвостов, инженер, (4872) 35-14-82, evgenius-13@ya.ru (Россия, Тула, ТулГУ)
АЛГОРИТМ АНАЛИТИЧЕСКОГО ОПИСАНИЯ УЧАСТКОВ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ОБЛАСТИ МЕТОДОМ ЛИНИЙ СКОЛЬЖЕНИЯ
Приведена методика расчета геометрических размеров пластической области и требуемых проекций сил при аналитическом описании полей линий скольжения, схематизирующих зоны деформации исследуемых технологических процессов.
Ключевые слова: пластическое деформирование, линии скольжения, аналитическое решение, краевые задачи.
При аналитическом построении полей линий скольжения, схематизирующих пластические области исследуемых технологических процессов, целесообразно использовать величины радиусов кривизны граничных линий скольжения. Интегрируя выражения этих радиусов по угловому параметру, можно установить геометрические размеры пластической области и проекции сил от нормальных средних и касательных напряжений, действующих вдоль указанных граничных линий скольжения.
Исходными данными для расчета являются возможные комбинации знаков радиусов кривизны характеристик [1, 2], по которым выбираются формулы для нахождения искомых линий скольжения, и расчетные схемы, приведенные рис. 1 и 2.
