CC BY
79
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №2 (110) 2012
УДК 621.983.7.
В. Л. КОНОВАЛОВ В. И. НЕЛЬДНЕР Д. А. УСТИНОВ
Омский государственный технический университет
ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ИНСТРУМЕНТА
НА ФОРМОИЗМЕНЕНИЕ ТРУБНОЙ ЗАГОТОВКИ С ОТНОСИТЕЛЬНО ТОЛСТОЙ СТЕНКОЙ ПРИ ХОЛОДНОМ ОБЖИМЕ КОНИЧЕСКОЙ МАТРИЦЕЙ
Исследовался обжим трубных заготовок в матрицах с углами воронки в 30о, 45о, 60о . Выявлены формы потери устойчивости и соответствующие им параметры исходных толстостенных заготовок и инструмента. Получена количественная оценка утолщения стенки обжатого участка для ряда типоразмеров заготовок, деформированных с коэффициентами обжима 1,25, 1,40, 1,55. Также установлены характер и величина изменения длины обжатых образцов. Приводимые сведения применимы при проектировании технологических процессов штамповки изделий холодным обжимом по «открытой» схеме.
Ключевые слова: обжим, толстостенная труба, коническая матрица.
Исследованию формоизменения при обжиме тонкостенных труб посвящено значительное количество работ. В ряде таких публикаций, в том числе, указаны границы протекания процесса без потери заготовкой устойчивости [1].
Формоизменение толстостенных труб при обжиме изучено в меньшей степени. Недостаточно сведений об изменении толщины стенки и длины обжатого полуфабриката, границы обжима по «открытой» схеме без потери устойчивости установлены для отдельных типоразмеров заготовок и инструмента.
Для заполнения указанных пробелов проведена серия экспериментальных исследований на образцах из стали марки 20. Были подвергнуты деформированию отрезки бесшовной трубы диаметром (Э0) 38 мм, длиной (Н 0) 75 мм с толщинами стенки ( Б 0 ) 3,8 мм (Б0/ В = 0,1), 4,6 мм (Б0/ В = 0,12) и 6,0 мм (Б0/ Э = = 0,16).
Так как обжим осуществлялся в холодном состоянии, была выполнена соответствующая подготовка поверхности образцов. Она заключалась в одновременном отжиге всей партии с последующей очисткой от окалины и фосфатированием по известной технологии [2].
Образцы деформировали на гидравлическом прессе усилием 1Мн матрицами с углами конуса в 30о, 45о и 60о, обеспечивавшими обжатие с коэффициентами обжима (Коб), равными 1,25, 1,40 и 1,55. Здесь Коб определяется как отношение наружного диаметра трубы до обжима (Э) к наружному диаметру обжатого участка образца (ф.
У обжатых образцов, как правильной формы, так и потерявших устойчивость выполнили замеры длины (Н), толщины стенки на необжатом участке (Б 1) и в обжатой цилиндрической зоне (Б 2).
Полуфабрикаты и поковки полых деталей переменного профиля достаточно эффективно получают обжимом отрезков бесшовных труб в конической матрице. Трубы принято подразделять на:
— относительно тонкостенные, у которых исходная толщина стенки (Б0) составляет менее 10 % от наружного диаметра (Э);
— относительно толстостенные, у которых Б0 > > 0,1 Э.
Обжим можно выполнять как по «закрытой» схеме, когда матрица выполнена с приемной частью — контейнером (рис. 1а), так и по «открытой» — матрица без контейнера (рис. 1б).
«Открытая» схема выгодно отличается простотой инструмента. Однако при ее реализации существует большая вероятность потери заготовкой продольной устойчивости, что неизбежно приводит к дефекту — складке в стенке. Это относится как к случаю деформирования тонкостенных заготовок, так и толстостенных.
Рис. 1. Схемы обжима: а - «закрытая», б - «открытая». 1 - пуансон, 2 - матрица, 3 - контейнер (приемник матрицы), 4 - деформируемая заготовка
а)
б)
в)
Рис. 2. Разновидности потери устойчивости в процессе обжима: а - складка; б - «бочка»; в - «двойная бочка»
Рис. 3. Зависимость критического коэффициента обжима от угла воронки матрицы и относительной толщины стенки трубы
В результате визуального изучения дефектных образцов выделено три разновидности формы потери устойчивости: образование складки (рис. 2а), неравномерная раздача необжатого участка с одним максимумом выпуклости — «бочка» (рис. 2б) и двумя максимумами выпуклости — «двойная бочка» (рис. 2в).
Здесь следует заметить, что дефект в виде складки появлялся у образцов с Б0/ Э = 0,1, и это происходило прежде, чем заканчивалось формирование обжатого цилиндрического участка. В то же время две оставшиеся разновидности формы потери характерны для труб с большей начальной толщиной стенки и отмечены как при Б0/ Э = 0,12, так и для Б0/ Э = = 0,16. Причем «двойная бочка» образовывалась исключительно при деформировании в матрицах с углом конуса в 600 и Коб = 1,40. Для последних двух случаев потеря устойчивости происходила, когда цилиндрический обжатый участок имел значительную длину. Очевидно, что образование складки провоцировало заметное повышение усилия деформирования, возникающее в момент выхода металла из конуса матрицы и компенсирующее изгибающий момент, необходимый для разворота кромки с тра-
ектории конуса на траекторию цилиндра. «Бочки» же, похоже, накапливались постепенно, по мере формирования все более утолщенной стенки как в обжатой зоне, так и на необжимаемом участке образца.
Границы обжима без потери устойчивости заготовок в указанном диапазоне размеров представлены в виде диаграммы (рис. 3), устанавливающей связь коэффициента обжима, при котором происходила потеря устойчивости (Коб ), с параметрами инструмента и исходной заготовки. Несомненна характерная зависимость: чем больше угол воронки матрицы и меньше толщина стенки трубы, тем с меньшим коэффициентом обжима можно получить годное изделие.
Известно, что для обжима в матрице характерно увеличение толщины стенки относительно начального значения. При этом максимальное утолщение приходится на обжатый цилиндрический участок штампованного изделия.
Выявление характера и величины такого рода формоизменения также входило в задачи выполненного исследования.
Выполненные замеры толщины стенки образцов после деформирования (Б2) для удобства графического
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №2 (110) 2012 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №2 (110) 2012
1,25
1,20
1,15
1,10
1 8о/Б=0,10 1 ^
— 1 Яо/П= 0,12 1
30
45
60
Угол воронки матрицы , град
а)
Угол воронки матрицы , град б)
Рис. 4. Зависимость толщины стенки обжатого участка от угла матрицы и коэффициента обжима: а - К об = 1,25; б - К об = 1,40
Угол воронки матрицы , град а)
Угол воронки матрицы , град
б)
Рис. 5. Зависимость длины обжатого образца от угла матрицы и коэффициента обжима: а - К об = 1,25; б - К об = 1,40
представления преобразованы в относительный параметр S2 /S0, зависимость которого от угла воронки матрицы, коэффициента обжима и относительной толщины стенки исходной трубы иллюстрируется диаграммами (рис. 4).
Анализ диаграмм показывает следующее:
— интенсивность утолщения выше у образцов с меньшей исходной толщиной стенки;
— величина утолщения составляет от 12 % (min) до 24% (max);
— однозначно на утолщение влияние коэффициент обжима — чем он выше, тем больше S2 /S0;
— зависимость приращения толщины стенки от угла воронки матрицы носит не однозначный характер — в то время, как при К об = 1,25 имеет место тенденция возрастания S2 /S0 с увеличением угла матрицы, то для К об = 1,40 присуще обратное.
Для полноты оценки формоизменения приводятся также диаграммы зависимости длины обжатых образцов от угла матрицы, К об и S0/ D (рис. 5). Они позволяют иметь представление как о характере (удлинение или укорочение), так и величине изменения длины образца после деформирования.
Что касается последнего из заявленных к изучению параметров формоизменения — толщины стенки на необжатом участке, то измерения образцов не показали сколько-нибудь значительного отклонения S1 от S0.
Приведенные результаты можно рекомендовать для применения в процессе технологической подготовки производства штампованных изделий типа трубных переходов, цапф, полых осей. Эти данные позволят точнее спрогнозировать форму и размеры поковки при построении ее чертежа.
Библиографический список
1. Аверкиев, Ю. А. Об определении наибольшей степени деформации при обжиме пустотелых цилиндрических заготовок в конической матрице / Ю. А. Аверкиев // Кузнечноштамповочное производство. — 1966. — № 11. — С. 19 — 22.
2. Холодная объемная штамповка : справочник / Под ред. Г. А. Навроцкого. — М. : Машиностроение, 1973. — 496 с.
КОНОВАЛОВ Валерий Александрович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Машины и технология обработки металлов давлением».
НЕЛЬДНЕР Владимир Иванович, магистрант, группа ОДМ-610.
УСТИНОВ Дмитрий Андреевич, магистрант, группа ОДМ-610.
Адрес для переписки: 644050, г. Омск, пр. Мира, 11.
Статья поступила в редакцию 10.02.2012 г.
©В. А. Коновалов, В. И. Нельднер, Д. А. Устинов.
УДК 621.92.02 : 681.518.52 Q. С. ЛОМОВА
Омский государственный технический университет
КОНТРОЛЬ позиционных
ОТКЛОНЕНИЙ ОСЕЙ ОТВЕРСТИЙ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ ГИДРОАГРЕГАТОВ_____________________________
В статье описано разработанное измерительное устройство для контроля позиционных отклонений осей отверстий деталей малого диаметра, расположенных на цилиндрической поверхности. Измерительное устройство сокращает время сложнейших операций контроля деталей гидроцилиндров, повышает его точность и достоверность и в целом позволяет повысить точность изготовления, надежность и долговечность гидроагрегатов.
Ключевые слова: точность измерения, гидроагрегаты, цилиндрические поверхности, пазы и отверстия, позиционные отклонения.
Во многих отраслях современной промышленности широко применяются гидроприводы. Высокая эффективность, большие технические возможности делают их почти универсальным средством, используемым в различных технологических процессах. Современные требования к безотказности и долговечности работы обуславливают применение гидроагрегатов высокого технического уровня, конструкционное и технологическое исполнение которых гарантирует длительный срок эксплуатации. Детали агрегатов требуют высокого класса чистоты и точности обработки сопрягаемых рабочих поверхностей [1]. В России множество заводов выпускают разнообраз-
ные гидроцилиндры. Среди крупных отечественных предприятий, выпускающих гидроцилиндры и ОАО «Омскгидропривод».
Гидроцилиндры являются одними из наиболее важных составляющих гидросистем машин. Приводя в действие исполнительные механизмы различной техники, они часто эксплуатируются в чрезвычайно тяжелых условиях. Непосредственная близость к рабочим органам, загрязненность рабочей зоны, знакопеременные динамические нагрузки, силовые и атмосферные воздействия предъявляют особые технические требования к изготовлению гидроцилиндров.
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №2 (110) 2012 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
