CC BY
189
Larin Sergey Nikolaevich, doctor of technical sciences, docent, mpf-tulaarambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Platonov Valeriy Ivanovich, candidate of technical sciences, docent, mpf-tulaarambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.983: 539.374
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОПЕРАЦИИ РОТАЦИОННОЙ ВЫТЯЖКИ С РАЗДЕЛЕНИЕМ ОЧАГА
ДЕФОРМАЦИИ
С.С. Яковлев, В.И. Трегубов, Е.В. Осипова, М.В. Ларина
Приведены результаты экспериментальных исследований силовых режимов ротационной вытяжки с утонением стенки осесиметричных деталей из стали 12Х3ГНМФБА на 3-роликовом станке по схеме с разделением очага деформации. Показано удовлетворительное согласование расчетных и экспериментальных данных по силовым режимам ротационной вытяжки.
Ключевые слова: анизотропный материал, ротационная вытяжка, труба, ролик, оправка, сила, шага подачи, степень деформации, напряжение.
Экспериментальные исследования силовых параметров ротационной вытяжки производилась на 3-роликовом станке модели В-280М. Стан оснащен 3-роликовой кареткой с гидравлическим приводом осевого перемещения. Деформирующие ролики расположены через 120° по периметру окружности. В качестве деформирующего инструмента при проведении экспериментальных работ были использованы конические ролики открытой калибровки диаметрами Вр = 280мм с углом рабочего конуса ар1
(первого ар1 = 15° и второго и третьего ар2 =ар3 = 30° роликов) и радиусом при вершине ролика г.
Типовая конструкция ролика приведена на рис. 1. Рабочий инструмент (ролики и оправка) изготавливался с твердостью 56...62 ИЯСэ. Работы проводились с использованием трубных заготовок из малоуглеродистой стали 10. Заготовки подвергались предварительной калибровке и последующей механической обработке. Основные геометрические размеры исходных заготовок: ^н =210,8 мм; ¿0=9,2 мм.
Ротационная вытяжка деталей производилась по схеме с разделением очага деформации за счет радиального смещения конических роликов [1-4]. Заготовки были подвергнуты ротационной вытяжке с различными степенями деформации в диапазоне от 30 до 60 % и величинами рабочей подачи в диапазоне от 0,5 до 1 мм/об.
Замеры трех составляющих сил ротационной вытяжки (радиальной Р^, осевой Р2 и тангенциальной Р%) производилась при переменных технологических параметрах: рабочей подаче £ (мм/об), частоте вращения заготовки п (1/мин), степени деформации е и использовании роликов с различными радиусами при вершине (г = 3, 6 и 9 мм).
Величина тангенциальной силы Рх определялась косвенным путем по замерам разности мощности, потребляемой электроприводом при обработке деталей и при холостом вращении оправки с деталью.
Для замеров осевой Р2 и радиальной Р^ нагрузок при ротационной вытяжке применительно к станку В-280М были разработаны и изготовлены гидроподушки, представленные на рис. 2.
В
Рис. 1. Ролик открытой калибровки
А
5 _ /
Рис. 2. Схема регистрации осевой Р2 и радиальной нагрузок применительно к станку В-280М при ротационной вытяжке
Изготовленные гидроподушки были оттарированы на лабораторном прессе МП-600. Они представляют собой линейную зависимость, что позволяет для определения сил пользоваться шкалой оцифрованной в кН (МПа).
Для замера осевых сил Р2 гидроподушка (рис. 2, в) устанавливалась на конце штока 2 цилиндра осевой подачи клети, и с помощью болтов фланец 5 и корпус гидроподушки 3 присоединялся к корпусу клети 1. При ходе вперед (в сторону шпинделя) шток 2 гидроцилиндра осевой подачи, перемещаясь, воздействует через гидроподушку на клеть 1, перемещая ее. В зависимости от величины сопротивления клети осевому перемещению в полости гидроподушки создается пропорционально сопротивлению клети давление, которое фиксируется с помощью манометра 6, установленного на корпусе цилиндра гидроподушки 3.
Величина осевой силы Р2 ротационной вытяжки определяется как
разность сил Р2 наг, возникающих при обработке детали (под нагрузкой) и
величины силы Р2 хол, возникающей при холостом перемещении клети.
Для замера радиальной силы Ря полые гидроподушки были установлены на конце штока 3 гидроцилиндра радиального перемещения роликов между неподвижным (корпус гидроцилиндра радиальной подачи 2) и подвижным (гайка регулировочная 4) упором, регулирующим величину радиального перемещения ролика (рис. 2, г). При сведении роликов шток 3 гидроцилиндра радиальной подачи, перемещаясь, воздействует на поршень 5 гидроподушки, создавая при отсутствии радиальной нагрузки на ролики в полости гидроподушки номинальное давление соответствующее номинальной радиальной силе станка (200 кН). Под нагрузкой на ролики со стороны детали воздействует радиальная составляющая силы Ря ротационной вытяжки, под воздействием которой величина давления в гидроподушке снижается пропорционально величине создаваемой нагрузки. Разница показаний оттарированой шкалы манометра 7 при холостом сведении и при работе под нагрузкой является фактической величиной радиальной силы Ря при ротационной вытяжке.
На рис. 3 представлены графические зависимости изменения относительных величин радиальной Ря, тангенциальной Рх и осевой Р2 составляющих сил от степени деформации е при ротационной вытяжке по 3-х роликовой схеме ротационной вытяжки с разделением деформации осе-симметричных деталей из многокомпонентной легированной стали 12ХЗГНМФБА при фиксированных значениях рабочей подачи £ и углов конусности роликов (а р1, а р 2 и а р3). Расчеты выполнены для трубной
заготовки из стали 12Х3ГНМФБА с наружным радиусом Яв =64,15 мм, толщиной стенки трубы ¿0=6,05 мм; диаметром ролика Вр =280 мм; частотой вращения шпинделя п =75 мин-1; =0,15. Здесь введены обозначения:
Р = Ря /[(Яв - 0,5^0)^0,2];
А=Рх /[(Яв - 0,5^0^0,2]; Р = Р2 /[(Яв - 0,5*0)^0,2],
а точками обозначены результаты экспериментальных исследований. Механические характеристики стали 12Х3ГНМФБА приведены в работе [4]. Для каждой группы фиксированных параметров проводилось по шесть опытов. За основу брались среднеарифметические данные составляющих сил. Распределение суммарной степени деформации е между роликами определялось по методике, изложенной в работе [5].
Величины радиальной Ря, тангенциальной Рх и осевой Р2 составляющих сил определялись по выражениям, приведенным в работе [5].
28
Рв
Рг
0.1? 1.5
0.10 1.0
0.0? 0.5
0.00 0.0
Рк Рг \ 4 \
\ <
и- 1 1 1 ___'
0,1
0,3
0,?
а
ря
Рх рг
0.1? 1,5
0.10 1.0
0.0? 0.5
0.00 0.0
рг 4
\ \
ох
0 3
о,?
б
Рис. 3. Зависимости изменения , Рх, Р2 от £
для стали 12Х3ГНМФБА: а - Б =1 мм/об; ар1 = 10°, ар2 = 20°; ар3 = 30°;
б - Б =1 мм/об; ар1 = 20°; ар2 = 25°; ар3 = 30°
Анализ графиков и результатов расчета показывает, что с увеличением степени деформации относительные величины радиальных Р%, осевых Р2 и тангенциальных Рх составляющих сил интенсивно растут. Установлено, что с увеличением рабочей подачи Б все три относительные составляющие сил возрастают. Заметим, что изменение условий трения на контактной поверхности оправки и заготовки существенно влияет на относительную величину осевой силы Р2. С ростом коэффициента трения на
оправке то величина относительной силы Р2 возрастает.
Результаты экспериментальных работ показали удовлетворительную сходимость расчётных и экспериментальных значений сил (до 10 %). Экспериментально установлено, что ротационная вытяжка с использованием трёхроликовых схем с разделением деформации позволяет снизить величины радиальных и осевых сил деформирования на 25...30 % по сравнению с аналогичными схемами обработки без разделения деформации.
Величина тангенциальной составляющей силы ротационной вытяжки не зависит от используемой схемы обработки.
Работа выполнена в рамках гранта РФФИ № 13-08-97-518 р_центр_а.
Список литературы
1. Ковка и штамповка: справочник в 4 т. Т. 4. Листовая штамповка / под общ. ред. С.С. Яковлева; ред. совет: Е.И. Семенов (пред.) и др. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 2010. 732 с.
2. Гредитор М.А. Давильные работы и ротационное выдавливание. М.: Машиностроение, 1971. 240 с.
3. Могильный Н.И. Ротационная вытяжка оболочковых деталей на станках. М.: Машиностроение, 1983. 192 с.
4. Яковлев С.С., Трегубов В.И., Яковлев С.П. Ротационная вытяжка с утонением стенки осесимметричных деталей из анизотропных трубных заготовок. М.: Машиностроение, 2009. 265 с.
5. Яковлев С.С., Трегубов В.И., Осипова Е.В. Математическая модель ротационной вытяжки осесимметричных деталей с разделением очага пластической деформации // Известия ТулГУ. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2013. Вып. 7. С. 168-180.
Яковлев Сергей Сергеевич, д-р техн. наук, проф., [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Трегубов Виктор Иванович, д-р техн. наук, проф., [email protected], Россия, Тула, ОАО «НПО «СПЛАВ»,
Осипова Елена Витальевна, асп., [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Ларина Марина Викторовна, канд. техн. наук, доц., [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
EXPERIMENTAL STUDIES OF OPERATIONS ROTARY DRAWING WITH THE DIVISION OF THE DEFORMA TION ZONE
S.S. Yakovlev, V.I. Tregubov, E.V. Osipova, M.V. Larina
The results of experimental studies of power modes rotary drawing with wall thinning osesimetrichnyh parts made of steel 12H3GNMFBA 3-roller machine according to the scheme with the division of the deformation zone. Satisfactory agreement between the calculated and experimental data on the power modes of spinning.
Key words: anisotropic material, rotary extractor, pipe clip, the mandrel, the power supply step, the degree of deformation, stress.
Yakovlev Sergey Sergeevich, doctor of technical sciences, professor, mpf-tulaarambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Tregubov Victor Ivanovich, doctor of technical sciences, professor, mpf-tulaarambler. ru, Russia, Tula, NPO «SPLA V»,
Osipova Elena Vitalievna, postgraduate, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Larina Marina Victorovna, candidate of technical sciences, docent, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.983; 539.974
ИЗОТЕРМИЧЕСКОЕ ДЕФОРМИРОВАНИЕ ДЕТАЛЕЙ
С УТОЛЩЕНИЯМИ В РЕЖИМЕ КРАТКОВРЕМЕННОЙ
ПОЛЗУЧЕСТИ
А.А. Перепелкин, В.Н. Чудин, А.В. Черняев, Б.С. Яковлев
Приведены математические модели операций горячего выдавливания и высадки деталей с утолщениями в режиме кратковременной ползучести. Выявлено влияние технологических параметров на кинематику течения материала, силовые режимы и сплошность материала при горячем выдавливании и высадке деталей с утолщениями. Использован энергетический метод расчета для вязкопластического деформирования.
Ключевые слова: выдавливание, высадка, ползучесть, вязкость, деталь, энергетический метод.
Деталями с краевыми утолщениями являются силовые элементы шпангоутов корпусов летательных аппаратов, днищ емкостей, арматуры трубопроводов двигательной установки. Их изготавливают штамповкой с нагревом или без нагрева в зависимости от обрабатываемых материалов. Последние упрочняются и, с другой стороны, проявляют релаксацию напряжений при деформировании с нагревом. Эти факторы влияют на технологические силы, степени формоизменения, качество изделий. Технология требует обоснованных режимов обработки, что возможно на основе расчетных методов [1-6]. В этой связи рассмотрим процессы формообразования утолщений на осесимметричных деталях операцииями изотермического выдавливания и высадки.
