CC BY
40
УДК 621.983
В.А. Коротков, канд. техн. наук, доц., (4872) 35-14-82, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ),
Маленичев А.С., канд. техн. наук, доц., (4872) 35-14-82, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ)
АНАЛИЗ КАЧЕСТВА ИЗДЕЛИЙ, ИЗГОТОВЛЕННЫХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОДНОРЯДНЫХ И МНОГОРЯДНЫХ РОЛИКОВЫХ РАСКАТНЫХ УСТРОЙСТВ
Приведены результаты экспериментальных исследований качества изделий, изготовленных ротационной вытяжкой с использованием однорядных и многооядных роликовых раскатных л стройств. Установлены технологические параметры прооесса ротационной вытяжки, которые обеспечивают более высокое качество детали при использовании многорядных раскатных лстройств по сравнению с однорядными. Приведены графики и уравнения регрессии, позволяющие прогнозировать параметры качества получаемых изделий.
Работа выполнена по гранту РФФИ№ 07-01-96409, а также по ведомственной целевой программе «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010 годы) ».
Ключевые слова: качество, ротационная вытяжка, ролик, раскатное устройство.
Сравнение качественных показателей изделий, полученных с использованием р л личных схем формоизменения, без р л деления и с раде-лением очага деформации, представляет интерес при разработке технологических процессов с использованием ротационной вытяжки с утонением стенки. Основными показателями качества деталей такого рода, получаемых методом ротационной вытяжки (РВ), является высота неровностей поверхности (шероховатость) и относительна поперечна разностенность:
- h - h ■
Sh = max mm -100 %
hn , (1)
где hmjn, hmax и hn, мм - минимальна, максимальна и номинальная толщины стенки изделий в поперечном сечении.
Известно, что колебания толщины стенки в готовых деталях завися в значительной степени от рлностенности исходных заготовок, точности используемого оборудования и инструмента. В процессе деформирования исходной заготовки при ротационной вытяжке с утонением стенки происходит изменение величины рлностенности, как правило, в сторону уменьшения.
Целью данного исследования является определение влияния основных факторов РВ: степени деформации, окружной скорости, осевой подачи на изменение высоты неровностей (шероховатости) поверхности и относительной раностенности изделия.
Во внимание принимались следующие факторы, влияющие на величину высоты неровностей поверхности и относительной разностенно-сти:
1) е , %; (— степень деформации (степень обжатия);
2) fс, мм/об; (х2) - осевая стан очна подача;
3) V, м/мин; (хз) - окружная скорость вращения заготовки.
Построение теоретических моделей для определения показателей качества цилиндрических деталей при РВ не представляется возможным.
Однако на бае экспериментальных исследований имеется возможность получения эмпирических математических моделей формирования показателей качества деталей, получаемых ротационной вытяжкой, путем последующей обработки результатов эксперимента на основе регрессионного анализа в сочетании с теорией планирования эксперимента.
Проведенные эксперименты и соответствующая обработка опытных данных позволили получить математические модели для определения геометрических показателей качества в зависимости от указанных выше технологических параметров процесса РВ с разделением очага пластической деформации цилиндрических деталей из алюминиевого сплава АД [1].
Для этого был использован пакет прикладных программ, разработанный на кафедре МПФ. На основе обработки результатов эксперимента получены регрессионные зависимости, в которых незначимые факторы были исключены. Проверка адекватности полученных уравнений проводилась по критерию Фишера.
Из данных, приеденных в табл. 1 для определения величин Ъц при РВ цилиндрических деталей из алюминиевого сплава АД, получено уравнение регрессии:
Ъц = 0,145 - Х1 • 0,087 - х2 • 0,054 + Х3 • 0,015 - Х1 • Х3 • 0,079 -%2 • Х3 • 0,071 +
+ х1 • 0,078 - х2 • 0,044 - х| • 0,024. (2)
Из результатов табл. 1 для определения величины шероховатости
Яа, пи РВ цилиндрических деталей из алюминиевого сплава АД, получено уравнене регрессии:
Яа = 0,385 + х1 -0,036 + х2 -0,058 + х3 -0,028 + х1 •3 -0,023 +х2 • -0,020 +
+ х2 • 0,183 - х2 • 0,076 + х2 • 0,243, (3)
— Яа
где Яа = —, ^0 - толщи а стенки заготовки.
Ц0
В работе [2] приведены аналогичные исследования качественных показателей для однорядных раскатных устройств.
Матрица планирования эксперимента для роликов с разделением
очага деформации
Номер опыта Х1 (є, %) Х2 (/ ) Х3 (V, м/мин) И -И ■ "шах "шт Разно-сте н-ность ,
Натур. знач Кодир знач Натур. знач Кодир. знач На- тур. знач Кодир. знач
Мм %
1 24 (-) 0,027 (-) 31 (-) 0,13 6,84
2 24 (-) 0,053 (+) 3 (+) 0,2 10,53
3 40 (+) 0,027 (-) 63 (+) 0,12 8,00
4 40 (+) 0,053 (+) 1 (-) 0,14 9,33
5 24 (-) 0,027 (-) 3 (+) 0,47 24,74
6 24 (-) 0,053 (+) 1 (-) 0,17 8,95
7 40 (+) 0,027 (-) 1 (-) 0,12 8,00
8 40 (+) 0,04 (0) 7 (0) 0,15 10,00
9 32 (0) 0,053 (+) 7 (0) 0,06 3,53
10 32 (0) 0,04 (0) 3 (+) 0,15 8,82
11,1 32 (0) 0,04 (0) 7 (0) 0,15 8,82
11,2 32 (0) 0,04 (0) 7 (0) 0,13 7,65
11,3 32 (0) 0,04 (0) 7 (0) 0,13 7,65
Уравнение регрессии для однорядного расположения без разделения очага пластической деформации ДЭ следующее:
- для шероховатости поверхности:
Яа =2,8234 - 0,47501 • х -0,45788 -х2 - 0,5625 -х3 + 1,1189 • х^2 -
-0,77262 • х2х3 -1,3983 -х2 +0,68317 -х2; (4)
- для разностенности поверхности:
8/г = 6,286-0,839-х1 -0,519-х2 +0,207 -х3 -0,134-х1 х2 -0,545-х^ +
+ 0,118 -х2х3 + 0,431 -х2 -0,151 -х2 -0,170 - х2. (5)
Сравнение осуществляли с двухрядной системой расположения ДЭ при степени деформации е=24 %, станочных подачах = 0,2;0,3 и 0,4
мм/об и окружной скорости У=31 м/мин. Результаты: сравнения показаньы на графиках (рис. 1 и 2), где 1 - однорядная система, 2 - двухрядная с разделением деформации.
Анализ графиков (рис. 1) показывает, что при одних и тех же режимах РВ и продольных подачах, приходящихся на каждый ДЭ, качество поверхности при использовании раскатных устройств, реализующих ра-деление очага деформации, лучше, чем при использовании однорядных раскатных устройств, у которых число ДЭ в сумме равно числу ДЭ многорядного раскатного устройства.
В работе [3] покаано, что раделение очага деформации способствует повышению качества поверхности по шероховатости. Это связано с тем, что обработка проводится при раделенных очагах пластической де-
формации. ДЭ первого рада, воздействуя на заготовку, работают при фактической подаче, зависящей от суммарной степени деформации многорядного раскатного устройства. При этом фактическая подача существенно меньше станочной.
Рис. 1. Графическое сравнение зависимости относительной
шероховатости Я а детали от относительной станочной подачи f
Рис. 2. Графическое сравнение зависимости относительной разностен-
ности Ьь детали от относительной станочной подачи f
Получаема шероховатость поверхности после прохода ДЭ первого ряда в раскатных устройствах с многорядным расположением ДЭ существенно меньше, чем в однорядных раскатных устройствах при одной и той же станочной подаче. Шероховатость поверхности улучшается при последующей обработке ДЭ второго и последующих рядов.
Из анализа графических зависимостей рис. 2 следует, что пи степени деформации 24 %, относительна разностенность полуфабриката меньше в случае использования многорядных раскатных устройств пи относительных подачах более 0,047 и больше пи относительных подачах менее 0,047.
Из графиков (рис.3 и 4) видно, что качество поверхности значительно выше пи использовании двухрядной системы расположения ДЭ. При больших станочных подачах с использованием двухроликовой системы разностенность детали снижается (1 - однорядна система расположения ДЭ; 2 - двухрядна).
%
20
15
л" 10
/1
0.2
03
0.4
Рис. 3. Графики зависимости высоты микронеровностей поверхности детали от станочной подачи
Рис. 4. Графики зависимости относительнойразностенности детали от станочной подачи
Оптимизация регрессионных зависимостей позволила выявить значения факторов, при которых относителные величины изменения относительной разностенности детали 5^ и Ra будут минимальны и максимальны.
Выводы:
1. Сравнительный анализ зависимости качества изделия, полученного РВ с утонением стенки при применении однорядных и многорядных роликовых раскатных устройств показал, что при одинаковом числе давильных элементов величина разностенности при РВ с разделением деформации заготовок из алюминиевого сплава АД меньше, чем без разделения очага деформации.
2. Шероховатость поверхности Ra для многорядных раскатных устройств (с разделением очага деформации) имеет нелинейную зависимость от технологических параметров. При увеличении окружной скорости обработки шероховатость сначала понижается (при 47 м/мин), затем возрастает. При повышении степени деформации и подачи шероховатость сначала увеличивается (при значении s = 0,32 и /ст =0,3 мм/об), затем уменьшается, однако шероховатость существенно ниже, чем при РВ без разделения очага деформации при одинаковом числе давильных элементов.
Библиографический список
1. Экспериментальное исследование влияния схем ротационной вытяжки с разделением деформации на качество поверхности оболочек / А.В. Бурашников [и др.] // Известия ТулГУ. Серия. Механика деформируемого твердого тела и обработка металлов давлением. Тула: Изд-во ТулГУ. 2006. Вып. 1. С. 256 -263.
2. Ротационная вытяжка оболочек: монография / А.А Баранов [и др.]. Тула: Машиностроение-1. ТулГУ, 2005. 280с.
3. Кожевников Д.В. Исследование течения материала при РВ с разделением очага деформации // Известия ТулГУ. Серия. Механика деформируемого твердого тела и обработка металлов давлением. Тула: Изд-во ТулГУ. 2006. Вып. 2. С. 279 - 286.
Korotkov V.A., Malienichev A.S.
The analysis of the quality of details produced in connection with single-row and multi-row reeling-out units
The results of experimental investigations of quality of details manufactured by the rotary drawing in connection with single-row and multi-row reeling-out units are estimated. The rotary drawing process technological parameters providing better quality in connection with multi-row reeling-out units than single-row reeling-out units were established. The diagrams and regressional relationships allowing to predict produced details quality parameters are estimated.
Получено 05.08.09
