CC BY
17
УДК 621.771
В.П. Манин, C.B. Пыхтунова
ФГБОУВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова»
АНАЛИЗ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ КОНТАКТНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ И УСИЛИЙ ПРИ ПОПЕРЕЧНО-КЛИНОВОЙ ПРОКАТКЕ ДЮБЕЛЕЙ
При изготовлении крепежных изделий малых размеров (à = 3,0...6,0 мм), широкие возможности показал метод поперечно-клиновой прокатки [1].
Поперечно-клиновой прокаткой получают острие дюбеля.
Этот процесс представляет собой поперечно-клиновую прокатку цилиндра в конус между клиньями, один из которых неподвижен и имеет определенные особенности. В отличие от продольной, при поперечно-клиновой прокатке деформация заготовки на всех стадиях (начальной, основной и заключительной) осуществляется в переходном режиме. Поэтому стабильного режима деформации на всех стадиях можно добиться, создав резервные силы трения за счет применения дополнительного технологического инструмента с насечкой [2].
Известно, что при поперечной прокатке в осевой части заготовки возникает схема всестороннего напряженного состояния растяжения. Аналогичное напряженное состояние возникает и при поперечно-клиновой прокатке острия дюбеля. Под воздействием продольных растягивающих напряжений при формировании острия дюбеля происходит депланация торцевой поверхности деформируемой заготовки.
Выбор режима деформаций определяется конструкцией технологического инструмента, параметры которого в условиях сложившегося производства строго определены. Поэтому при расчете конструктивных размеров прокатно-клинового инструмента для изготовления дюбелей исходили, во-первых, из необходимости рационального деформационного режима, а во-вторых, из возможности минимальных конструктивных изменений габаритных размеров существующего накатного инструмента. В связи с этим, конструкция технологического инструмента для поперечно-клиновой прокатки дюбеля выполнена таким образом, что в момент захвата и на протяжении одного полуоборота заготовки единичные обжатия малы, а усилие воздействует на заготовку сосредоточенно на небольшой площади. С целью устранения растягивающих напряжений при поперечно-клиновой прокатке острия дюбеля, был разработан способ [3], в соответствии с которым прибыльная часть у вершины острия дюбеля
обеспечивает подпор и нейтрализует растягивающие радиальные и осевые напряжения.
2 к
По формулам р„~(Т: = 2к ж рп= —-[{5
о
+1],
где к - сопротивление чистому сдвигу, равное , проведены расчеты
нормальных контактных (р ) (рис. 1, а) и продольных (£7_) напряжений после каждого цикла (рис. 1,6).
600
500 ^
400
СЙ
С 300
е> 200
100
0 Т
-100
-М-. .
0 2 4 6 !
Длина острия, мм
Рис. 1. Распределение нормального контактного (рп) (а) и продольного (<7_) напряжения (б) по длине острия дюбеля
Для построения кривых использовали значения диаметров острия недокатов [4] после каждого цикла. Расстояние между замерами острия дюбеля составляло 0,25 мм. Угол а очага деформации меняется от 5° на первом цикле до 19,5° - на одиннадцатом [4, 5].
Анализ распределения нормальных контактных напряжений (см. рис. 1, а) показывает, что от цикла к циклу длина очага деформации увеличивается и на восьмом цикле охватывает всю длину острия. Амплитуда нормальных контактных напряжений на каждом цикле различна и находится в интервале от 900 до 1380 МПа. Максимальные значения нормальных контактных напряжений при поперечно-клиновой прокатке острия дюбеля приходятся на третий и четвертый цикл деформации на расстоянии 1,0 мм от острия, что связано с характером течения металла при деформировании заготовки, т.е. с ростом величины радиальной деформации. После четвертого цикла (см. рис.1, а) происходит снижение величины нормальных контактных напряжений из-за того, что происходит перетекание части металла в образующуюся обсечку.
К восьмому циклу деформация охватывает всю длину острия. Начиная с восьмого цикла деформирования заготовки (см. рис.1, я), величина нормальных контактных напряжений значительно снижается, т.к. радиальная деформация на последующих: девятом, десятом, одиннадцатом циклах мала.
Усреднив значения нормальных контактных напряжений в каждом цикле по длине острия, построили зависимость усредненных значений нормальных контактных напряжений по длине деформирующего клина (рис. 2) [6], установили, что усредненные значения нормальных контактных напряжений по длине деформирующего клина возрастают на третьем и четвертом циклах, а далее снижаются, что не противоречит установленному ранее распределению усилия и деформаций, полученных при исследовании формоизменения заготовки на недокатах в процессе поперечно-клиновой прокатки при острении дюбелей.
-еня
0 20 40 60 80 Длина клина, мм
Рис. 2. Распределение нормальных контактных напряжений по длине клина при различных коэффициентах трения: ряд 1 - 0,172; ряд 2 - 0,222; ряд 3 - 0,272
Библиографический список
1. Опыт применения метода поперечно-клиновой прокатки при изготовлении металлических изделий в метизной промышленности // Новые технологические процессы прокатки, интенсифицирующие производство и повышающие качество продукции: Материалы Всесоюзной науч.-техн. конф.. Челябинск: ЧПИ, 1984. С. 8.
2. Исследование деформированного состояния заготовки дюбеля внутри цикла при поперечно-клиновой прокатке // Черные металлы. 2011. июнь. С. 62-65.
3. A.c. № 1337177(СССР), МКИ В 21 H 1/18. Способ поперечно-клиновой прокатки участков заострения дюбелей / Б.А. Никифоров, Г.В.
Минеев, Б.М. Ригмант. Опубл. Б.И. № 34. 1987.
4. Никифоров Б.А., Манин В.П., Пыхтунова C.B. К выбору реологической модели при оценке контактных напряжений в процессе формирования острия дюбеля / //Фазовые и структурные превращения в сталях: Сб. науч. тр., вып. 3 / Под ред. В.Н. Урцева. Магнитогорск, 2003. С. 475482.
5. Исследование влияния технологических факторов на усилие деформации при производстве высокопрочных дюбелей / Б.А. Никифоров, В.П. Манин, C.B. Пыхтунова, A.B. Бирюков // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. 2004. № 2 (6). С. 43-45.
6. Исследование технологических факторов на усилие деформации при производстве высокопрочных дюбелей / Б.А. Никифоров, В.П. Манин, C.B. Пыхтунова и др. // Моделирование и развитие процессов обработки металлов давлением: Межрегион, сб. Магнитогорск. 2002. С. 264267.
