CC BY
2УДК 621.771.016
ИННАВАЦИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ОСНОВЫ ИНСТРУМЕНТА ЗУБКОВ ГОРНОДОБЫВАЮЩИХ КОМБАЙНОВ МЕТОДОМ ПОПЕРЕЧНО-
КЛИНОВОГО ПРОКАТКИ
БЕРДИЕВ ДОРОБ МУРАТОВИЧ
Профессор кафедры «Технология металлов», Ташкентский государственный технический университет им. И.Каримова, г. Ташкент, Узбекистан
ПУШАНОВ АКБАР НУРЛАН УГЛИ
Докторант кафедры «Технология металлов», Ташкентский государственный технический университет им. И.Каримова, г. Ташкент, Узбекистан
Аннотация. В статье разработана технология производства основы инструмента зубков горнодобывающих комбайнов для предприятий горного машиностроения методом поперечно-клиновой прокатки. В результате долговечность инструмента увеличивалось как минимум в два раза, коэффициент использования металла увеличивается с 0,85 до 0,95, производительность труда возрастет в 2,5раза.
Ключевые слова: резец, поперечно-клиновая прокатка, метод конечных элементов, программный комплекс QForm, инструмент, износостойкость.
Задачей этого исследования является процесс получения резца РШ 38/30-75L53/19 поперечно-клиновой прокаткой, для выявления наиболее оптимальных режимов их ведения. Метод поперечно-клиновой прокатки является эффективным при серийном и крупносерийном производстве. Использование поперечно клиновой прокатки даёт возможность сделать получаемую деталь более прочным, также увеличивает его производительность.
Схема получения резца РШ 38/30-75L53/19 методом поперечно клиновой прокатки который показан на рис.1 заключается в обработке металла осесимметричными формами с помощью клиновидных инструментов. Инструмент устанавливается в плоских плитах прокатных станов. В процессе ПКП, инструмент состоит из трех следующих зон: ножевой, формовочной и калибровочной. В ножевой зоне клин постепенно погружается в материал, уменьшая диаметр заготовки до предполагаемого значения. В зоне формования за счет воздействия боковых стенок клина происходит спиральное обжатие по всей длине l прокатываемой ступени. В зоне калибровки заготовка подвергается ротационному обжатию, в ходе которого удаляются все неровности формы, образовавшиеся на предыдущих этапах процесса.
Рис.1. Схема процесса поперечно клиновой прокатки для получения поковки резца
«РШ 38/30-75L53/19».
Для анализа процесса изготовления резца РШ 38/30-75L53/19 был использован программный комплекс Qform 2D/3D. Конечно-элементная модель представлена на рис. 2.
Рис.2. Конечно-элементная модель.
В ходе процесса спроектирован инструмент - для поперечно-клиновой прокатки изделии «РШ 38/30-75L53/19», который содержит две инструментальные плиты с параллельными опорными поверхностями, имеющие одинаковые противолежащие клиновые деформирующие элементы с деформирующей гранью и с плоской калибрующей гранью, наклоненной к опорной поверхности, отличающийся тем, что, с целью повышения качества изделий путем уменьшения некруглости их конических концевых частей за счет минимизации объема металла, вытесняемого калибрующими гранями, каждый клиновой деформирующий элемент выполнен с дополнительной деформирующей гранью, сопряженной с его калибрующей и деформирующей гранями, образующая которой прямолинейна, параллельна опорной поверхности и имеет длину, меньшую длины проекции образующей деформирующей грани на опорную поверхность.
В инструменте реализованы углы наклона боковой грани и углы заострении для получения изготавливаемой детали (рис.3). В деформирующем клине 1, реализованы угол заострения Р1 = 6° и угол наклона боковой грани а1 = 24.9° на длине 328 мм, в деформирующем клине 2, угол заострения Р2 = 8° и угол наклона боковой грани а2 = 24.8° на длине 356 мм, в деформирующем клине 3, угол заострения Рэ = 3° и угол наклона боковой грани аз = 60°, на длине 349 мм, в деформирующем клине 4, угол заострения Р4 = 8°, и угол наклона боковой грани а4 = 24.8°, на длине 140 мм, в деформирующем клине 5, угол заострения Р5 = 4°, и угол наклона боковой грани а5 = 60°, на длине 209 мм. Толщина инструмента 32 мм. Инструменты ПКП выполнены из высоколегированной стали 5ХНМ. Начальная температура инструментов составляет 20 °С. При процессе ПКП нижняя часть инструмента останется не подвижным, а верхняя часть будет двигаться со скоростью 150 мм/сек.
2SB
12ш
Рис.3. Геометрические параметры инструмента Диаметры формируемой ступеней РШ 38/30-75L53/19 dl = 21 мм, d2 = 38 мм, dз = 48 мм, d4 = 31 мм, d5 = 39 мм, а также длина прокатываемого сечения l = 130 мм (рис. 4.). Степени обжатия соответственно 51=2,29, 52=1,26, 53=1, 54=1,55 , 55=1,23, то есть 1 < 5 < 2,29. Для изготовления детали с такими размерами выбрана заготовка в форме прутка имеющий длину 98 мм в диаметре 48 мм. Материал заготовки выполнен из стали 35ХГСА. Начальная температура заготовки 1200°С.
Рис. 4. Геометрические параметры изготавливаемой детали
а
б
Рис.5. Изменение формы заготовки при прокатке поковки резца РШ 38/30-75L53/19: а - с указанием распределения температуры (в °С); б - с указанием распределения средних
напряжений (в Мпа)
Благодаря расчетам, выполненным с помощью Qform 2D/3D, можно проследить ход процесса прокатки резца РШ 38/30-75L53/19, показанного на рис 5, а. Таким образом, было доказано, что изготавливаемый деталь должена сформироваться правильно. Модель сформированной детали (вместе с концевыми отходами), представленная на рисунке 6, подтверждает это. Более того, на основе сформированной готовой детали с концевыми
отходами металла на торцевой части, можно утверждать, что процесс прокатки может быть дополнительно оптимизирован за счет уменьшения объема заготовки.
Рис.6. Изготавливаемая деталь (вместе с концевыми отходами)
Рисунок 5, также иллюстрирует изменения температуры материала заготовки и распределения средних напряжений, происходящие в ходе процесса формования. В результате длительного воздействия инструмента на материал (время прокатки составляет около 13 сек) температура материала снижается. Однако снижение температуры, вызванное теплообменом, компенсируется за счет тепла, выделяемого при деформации и работе трения.
В программе Qform выполнялось 1921 шагов расчёта. В результате расчёта на каждом шаге определялись, перемещения и, деформация 8, скорость деформации среднее напряжение От (равное Уз суммы напряжений, расположенных на главной диагонали тензора напряжений), компоненты тензоров деформации и напряжений, интенсивность деформаций, интенсивность напряжений, сила нормального давления, сила трения на поверхности контакта металла с инструментом. Некоторые расчёты представлены в этой статье.
Также в результате проведенного численного моделирования удалось определить распределения составляющих силы обкатывания: тангенциальной (сила движущияй клина по оси Z) и радиальной (перпендикулярной к размерной поверхности инструмента, сила по оси У). Эти распределения представлены на рис. 7, и их анализ показывает, что наибольшие усилия возникают при прокатке захватной части резца РШ 38/30-75L53/19 (диаметром 30 мм), что обусловлено тем, что из-за наибольшего уменьшения поперечного сечения заготовки площадь контакта материала с инструментом достигает наибольшего значения.
Инструмент 1: Деталь Инструмент 1: Деталь
Сила Z. МН СилаХ МН
1,1,1 1,1,1
Рис.7. Распределение составляющих сил качения, возникающих при обкатывании поковки резца РШ 38/30-75L53/19.
Вывод
1. Используя программный комплекс «^Аэгт», выполнено компьютерное моделирование процесса прокатки поковку резца РШ 38/30-75L53/19. При этом рассматривался процесс формирования ступеней заготовки, профиль которой соответствует чертежу изготавливаемой детали, поперечной прокаткой с помощью подвижной и неподвижной инструментов.
2. На основании выполненных расчётов определены параметры напряженно-деформированного состояния заготовки в процессе прокатки, радиальные и тангенциальные силы, действующие на подвижный инструмент, изменение температуры заготовки в процессе накатывания и другие параметры.
3. Полученная информация о тангенциальных силах накатывания может быть использована в качестве исходных данных при определении мощности привода прокатных станков и расчёте деталей привода.
4. Информация о радиальных силах накатывания и касательных напряжениях на поверхности контакта накатываемой заготовки с инструментом использовалась в рамках данной работы при разработке методик прогнозирования точности резца РШ 38/30-75L53/19 и прогнозирования износостойкости инструмента.
ЛИТЕРАТУРА
1. Pater Z. Cross-Wedge Rolling. In Comprehensive Materials Processing; Button S.T., Ed.; Elsevier Ltd., 2014. Vol. 3. pp. 211-279.
2. Model Selection and Dragging Parameters in Cross-Wedge Rolling / I. Klyueva, О. Belokurov, M. Allenov, I. Andryushchenko // Key Engineering Materials. 2022. Vol. 910 KEM. pp. 265-270.
3. Allenov M.G., Belokurov O.A. Evaluation of the friction factor influence on the results of cross-wedge rolling simulation in QForm software // Solid State Phenomena. 2020. Vol. 299. pp. 494500.
4. Конечно-элементное моделирование технологических процессов ковки и объемной штамповки учебное пособие / А.В. Власов. - Москва: Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2019. - 383 с.
5. Klusin V.A., Makusok E.M., Scukin V.J. Development of Cross-Wedge Rolling. - Nauka i Technika: Minsk, 1980. in Russian.
6. Scukin V. J. Bases of Cross-Wedge Rolling. - Nauka i Technika: Minsk, 1986. in Russian.
7. Бердиев Д.М., Юсупов А., Камилова Г.М., Пушанов А.Н. Технология термоциклической обработки для повышения износостойкости зубчатых колес // Endless Light in Science, №3. 2023. - С. 156-161, Казахстан.
8. Бердиев Д.М., Камилова Г.М., Пушанов А.Н. Усовершенствовано технология нестандартных режимов термической обработки для повышения износостойкости стальных изделий // Endless Light in Science, №6. 2023. С. 653-655, Казахстан.
9. Бердиев Д.М., Юсупов А., Умарова М.А., Камилова Г.М. Повышение износостойкости штампого инструмента высокой точности // Вестник машиностроения, №9. 2024. С. 750752, Россия, Москва.
10. Бердиев Д.М. Технология термической обработки для повышения износостойкости штампового инструмента высокой точности // Литьё и металлургия, №4. 2024. С. 79-82, Белоруссия, Минск.
