CC BY
12
УДК 621.735.34.001.24
Я. Б. Немировский
ВЛИЯНИЕ СХЕМЫ ПРОТЯГИВАНИЯ НА ТОЧНОСТЬ ИЗДЕЛИЙ, ОБРАБОТАННЫХ ДЕФОРМИРУЮЩИМ
ПРОТЯГИВАНИЕМ
В статье рассматривается влияние схемы протягивания на точность изделий, обработанных деформирующим протягиванием. Разработаны рекомендации по рациональному использованию схем протягивания.
Деформирующее протягивание (ДПР) является основой для создания прогрессивных ресурсосберегающих технологий и применяется как черновая, так и чистовая операция обработки отверстий, сочетая в себе процессы формообразования и деформационного упрочнения.
В настоящее время созданы научные основы процесса ДПР, как процесса холодного ступенчатого пластического деформирования. Изучены с позиции механики пластического деформирования такие показатели качества обработанных деталей, как шероховатость, глубина и степень наклепа, ресурс использованной пластичности. Одним из изученных параметров качества является точность.
Вопросы точности отверстий, обработанных ДПР требуют особо тщательного изучения. Данный процесс протекает без удаления припусков и поэтому технологическая наследственность в форме влияния различных исходных погрешностей заготовки на точность обработанного изделия здесь проявляется значительно сильнее, чем при методах обработки отверстий резанием; у последних исходные погрешности входят в припуск и в значительной степени устраняются при обработке.
Изучению точности при обработке заготовок с различной толстостенностью посвящено ряд работ, в которых на основании теоретических и экспериментальных исследований [1] определены пути повышения точности при ДПР. Одним из таких путей является выбор оптимальной для конкретного случая обработки схемы протягивания.
Целью работы является изучение влияния схемы протягивания на образование погрешностей и разработка рекомендаций по рациональному использованию схем протягивания.
Известны три основные схемы протягивания: сжатия, растяжения, и схема протягивания с ограничением осевой деформации. В соответствии со схемой сжатия заготовка при обработке базируется выходным торцом. При обработке по схеме растяжения входной торец заготовки является опорным. Для протягивания длинных заготовок L > 10^0, авторы [2] рекомендуют использовать схему протяги-
© Я. Б. Немировский, 2008
вания с ограничением осевой деформации. Согласно этой схеме базирование заготовки осуществляется одновременно по двум торцам.
Рассмотрим влияние схемы сжатия и растяжения на точность обработки. Как следует из рис. 1, использование схемы растяжения более благоприятно сказывается на снижении максимальной погрешности отверстий, чем схемы сжатия. Повышение точности отверстия при использовании схемы растяжения обусловлено следующим.
Рис. 1. Зависимость максимальной погрешности заготовки от
технологических факторов при обработке заготовок с толщиной стенки = 0,05 с натягом на элемент аШ^: 1, 2 -0,0375; 3, 4 - 0,020; 5, 6 - 0,0125 по схемам 1, 3, 5 - сжатия; 2, 4, 6 - растяжения
При протягивании по схеме растяжения стенки детали за деформирующим элементом возникают осевые растягивающие напряжения. Они, воздействуя на пластический участок внеконтактной зоны за деформирующим элементом, практически не зависят от схемы, повышают продольную устойчивость заготовки в процессе деформирования. Это снижает неустойчивость течения материала во вне-контактной зоне очага деформации, уменьшает воз-
мущение окружной деформации, что естественно снижает максимальную погрешность отверстия. Этот факт особенно важен при протягивании тонкостенных деталей, условия базирования которых при раздаче по схеме сжатия приводят к значительным возмущениям как осевой, так и окружной деформации. Поэтому при протягивании таких деталей целесообразно применять схему растяжения.
Рассмотрим влияние схемы протягивания на искривление оси обработанной заготовки.
Этот вид погрешности, как указывается в работе
[3], обусловлен разностью осевых деформаций участков с минимальной и максимальной толщиной стенки, образуется в зоне контакта очага деформаций и имеет место при обработке разнотолщинных заготовок. В работе [3] разработана аналитическая модель по определению величины искривления оси заготовки в зависимости от реальных осевых деформаций разнотолщинных участков. Как следует из рис. 2, при деформировании тонкостенных раз-нотолщинных заготовок искривление оси незначительно и практически не зависит от материала заготовки, режимов протягивания и геометрии инструмента, и, что самое основное - от изменения толщины стенки в исследуемом диапазоне. Обусловлено это тем, что при деформировании таких заготовок по схеме растяжения, как указано в работе
[4], осевые деформации практически не зависят от вышеперечисленных факторов. Толщина стенки, при которой имеет место вышеописанный факт, зависит от натяга на элемент и угла а. Само значение толщины стенки определяется исходя из зависимости
г' = 3,39(^о )0'75 а-(0Д7+14'3(1)
Несколько иная картина наблюдается при дефор-
Рис. 2. Зависимость искривления оси обработанной заготовки от угла а, при обработке заготовок г0/= 0,05 ^ а/^0 = 0,075 , натяг на элемент а/:
а - 0,0125; б - 0,0375
мировании таких заготовок по схеме сжатия. В этом случае наблюдается влияние исходной разнотолщин-ности на искривление оси заготовки. Таким образом можно сделать вывод, что тонкостенные заготовки предпочтительно обрабатывать ДПР по схеме растяжения.
Схема с ограничением осевой деформации [2], является усовершенствованной схемой протягивания на растяжение и отличается от нее тем, что к свободному концу обрабатываемой детали прикладывается дополнительная осевая нагрузка. Приложение этой нагрузки осуществляется по трем вариантам: за счет жесткого закрепления свободного конца обрабатываемой детали, за счет дополнительного перемещения свободного конца в направлении протягивания, либо за счет дополнительного перемещения свободного конца в сторону, противоположную протягиванию.
Выполненные исследования по изучению изменения осевых размеров обработанных заготовок [4] позволили сформулировать рекомендации по выбору схемы приложения этой нагрузки.
Если деформируется заготовка с толщиной стенки меньше г1, то есть имеет место случай стабильного укорочения детали на каждом цикле, то для обеспечения в стенке детали осевых растягивающих напряжений достаточно жестко закрепить ее свободный конец.
При деформировании детали с толщиной стенки
г0 > 11, когда имеет место осевое удлинение либо раздача при отсутствии осевых деформаций, необходимо к свободному концу заготовки прилагать дополнительную растягивающую осевую нагрузку. В зависимости от требуемого уровня осевых напряжений она может быть направлена либо в направлении, противоположном перемещению деформирующего элемента, либо в направлении его перемещения. В каждом случае ее величина будет обеспечивать в стенке детали необходимый уровень осевых растягивающих напряжений.
Количественное значение этой дополнительной осевой нагрузки определялось при помощи специального устройства, позволяющего измерить осевую силу, возникающую в стенке заготовки при ее деформировании [5]. Для проведения опытов изготавливались втулки из стали 20 НВ125 с толщиной стенки to/do = 0,05 и длиной 320 мм, имеющие с обоих концов бурты, протяженностью 10 мм и толщиной стенки гб < 11. Втулки при помощи разрезных колец крепились в устройстве, и деформировались последовательно тремя деформирующими элементами с натягом а/й?0 = 0,025. Для проведения экспериментов изготавливали три набора деформирующих элементов с углами а = 2, 4 и 12 Одно-
188М1727-0219 Вестникдвигателестроения№ 1/2008
- 109 -
временно с регистрацией осевой силы в стенке детали фиксировалась осевая сила протягивания.
На рис. 3 приведена осциллограммы записи осевой силы в стенке детали N и силы протягивания Q. Характер изменения силы Q по длине заготовки аналогичен известному при раздаче по схеме растяжения. Несколько иной характер имеет изменение силы N по длине детали. Вначале при заходе деформирующего элемента ее значение очень мало, что объясняется тем, что при раздаче бурта укорочение незначительно. Далее, по мере снижения силы Q и ее стабилизации, осевая сила N растет. После прохождения деформирующим элементом примерно половины длины заготовки интенсивность ее роста снижается и значение N практически стабилизируется, достигая своего максимального значения при подходе деформирующего элемента ко второму бурту. При раздаче участка со вторым буртом осевая сила
Q возрастает, а сила N снижается до значения N/. После выхода деформирующего элемента Q = 0, а осевая сила N достигает значения N1. При последующем цикле деформирования без снятия осевой нагрузки характер ее изменения по длине детали не
меняется, а конечное значение Ы2 > Ы1.
_Л
Рис. 3. Осциллограмма записи силы протягивания (а) и осевой силы, возникающей в стенке детали при раздаче по схеме с ограничением осевой деформации (б) Материал заготовки Сталь 20НВ125, tjdo = 0,05, натяг a/do = 0,025, угол а = 4 °
Чтобы исключить косвенное влияние угла а через силу Q на значение N, в качестве осевой силы, возникающей в стенке детали, целесообразно рассматривать силу N0 = N1 - N/. Значения N1 и N определяются из осциллограмм (рис. 3).
Анализ зависимости N0 = f Zao/do) (рис. 4) показал, что осевая сила N0 не зависит для данной толщины стенки от угла и определяется только суммарной деформацией Za/dQ.
Это подтверждается данными, приведенными на рис. 7, из которых следует, что снижение а от 12 до 2 приводящее к весьма существенному сни-
с Z, улучшает точность дета-
жению разницы а 2 ли в 6-7 раз.
Таким образом, установлено, что одной из ос-
Рис. 7. Зависимость максимальной погрешности детали от угла а ; заготовка из Стали 20, = 0,05, раздача по схеме с ограничением осевой деформации с натягом a/d0 = 0,025, суммарная деформация ^ a/ d0 = 0,075
новных причин возникновения погрешности при деформировании заготовок с перепадом толщины стенок является изменение уровня осевых деформаций и связанных с ними осевых напряжений по длине детали, что вносит возмущения в течение материала как в контактной, так и во внеконтактных зонах очага деформации.
Для устранения причины возникновения погрешностей необходимо обеспечить постоянную величину осевых напряжений в стенке детали в процессе протягивания. Одним из путей выполнения этого условия является, согласно рекомендаций [2], приложение дополнительной внешней осевой нагрузки.
Для определения количественного значения этой дополнительной нагрузки необходимо знать, как зависит изменение осевых напряжений по длине заготовки с буртами от режимов протягивания и геометрии инструмента. Экспериментальные данные показали, что осевые напряжения а , которые определялись по значениям силы N0 = Nl - N/ (рис. 3), не зависят от угла а, натяга на элемент, а определяются только суммарной окружной деформацией Подобный факт наблюдался при изучении осевых деформаций деформированных заготовок с толщиной стенки в диапазоне (10 < ? ). Он
заключается в том, что осевые деформации Д1/10 зависят только от окружной деформации [4].
Умножив значения а 20 на соответствующую площадь поперечного сечения заготовки определим дополнительную осевую нагрузку, которую необходимо приложить к концу детали при прохождении деформирующего элемента под буртом.
Таким образом, выполненные исследования по-
казали, что одним из путей снижения погрешностей в очаге деформации является обеспечения постоянства осевых напряжений по длине заготовки с локальным изменением толщины стенки. Такое постоянство реализуется дополнительной осевой нагрузкой согласно экспериментально установленной связи
между ст z Выводы
Za/dQ.
- деформирующее протягивание по схеме растяжения можно успешно применять для обработки разнотолщинных заготовок с номинальной толщиной стенки г0 < 11;
- использование схемы с ограничением осевой деформации целесообразно при обработке длинных разнотолщинных заготовок при определении дополнительной осевой нагрузки согласно экспериментально установленной связи между ст г
и Za/dQ.
Перечень ссылок
1. Немировский Я. Б. Обеспечение геометрической точности изделий на основании изучения механики деформирующего протягивания // Резание и инструмент в технологических системах. - Харьков : НТУ «ХПИ», 2002. - № 61. - С. 146-153.
2. Расчет и проектирование твердосплавных деформирующих протяжек и процесса протяги-
вания /А.М. Розенберг, О.А. Розенберг, Б.К. Посвятенко, Ю.Ф. Бусел, А.Д. Крицкий, Э.И. Гриценко. - Киев: Наукова думка, 1978. - 256 с.
3. Немировский Я.Б., Геровский А.И. Кривизна оси разнотолщинных заготовок, обработанных деформирующим протягиванием //Техшка в сшьськогосподарському виробнищга, галузеве машинобудування, автоматизащя. - Юровоград: КДТУ, 2004. - №14. - С. 222-229.
4. Немировский Я.Б., Цеханов Ю. А., Балаганская Е. А. Исследование изменения размеров полых осесимметричных заготовок при раздаче их деформирующим протягиванием //Кузнечно-штамповое производство. Обработка материалов давлением. - 2005. - №2. - С. 12-15.
5. Динамометр для измерения усилий протяжки цилиндрической детали: А.с. 1254321 СССР, МКИ G01 L1/22 /Я.Б. Немировский, А.И. Геровский, О.А. Розенберг. - №3840659/24-10; заявл 09.01.85; опубл. 30.08.86, Бюл № 32. - 3 с.
Поступила в редакцию 14.08.2007
В cmammi розглядаеться вплив схеми протягування на mo4Hicmb eupo6ie, оброблених деформуючим протягуванням. Розроблено рекомендацИ щодо рацiонального використан-ня схем протягування.
The article considers the influence of the drawing scheme on accuracy ofparts being machined by deforming drawing. Recommendation on rational use of drawing schemes have been developed.
ISSN 1727-0219 Вестникдвигателестроения№ 1/2008
- 111 -
