CC BY
8
Petrov Pavel Aleksandrovich, candidate of technical sciences, docent, head of chair, p. a.petrov@mospolytech. ru, Russia, Moscow, Moscow Polytechnic University
УДК 658.562.012.7; 539.52
ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПО ФОРМИРУЕМЫМ МЕХАНИЧЕСКИМ СВОЙСТВАМ
Е.В. Затеруха, В. А. Лобов
Надежное функционирование изделий ответственного назначения возможно в том случае, если материал штампуемых металлических элементов изделий обладает требуемыми по условиям эксплуатации механическими свойствами. Механические свойства формируются в ходе изготовления металлического элемента способами штамповки и термообработки. В связи с этим важным является оценка качества технологического процесса изготовления гильзы с точки зрения формируемых механических свойств.
Ключевые слова: технологический процесс, механические свойства, технические условия, поле рассеяния, нормальный закон.
Важнейшим требованием, предъявляемым к технологическим процессам изготовления изделий ответственного назначения, к которым относятся гильзы, является строгое обеспечение заданных техническими условиями механических свойств и контролируемых размерных параметров. В связи с жесткими требованиями, предъявляемыми к гильзам, и массовым характером их производства важны отработка методики оценки точности, а также накопление данных по оценке точности давно применяющихся и вновь разрабатываемых технологических процессов. Ввиду массового характера производства и применения выборочного контроля механических свойств гильз анализ точности технологических процессов наиболее целесообразно выполнять с применением методов математической статистики.
Высокая точность и стабильность применяемых технологических процессов служат необходимыми и важнейшими условиями надежного функционирования гильз. При этом под точностью технологического процесса понимают степень соответствия по данному признаку качества гильзы требованиям чертежа и технических условий.
Объектом исследования в работе является технологический процесс изготовления гильзы клб. 30 мм (рис. 1).
Технологические процессы изготовления гильз являются многооперационными и сложными. Поэтому на механические свойства готовых изделий оказывает влияние большое число контролируемых и неконтролируемых факторов. К ним относятся: свойства и структура металла исходных заготовок, точность изготовления инструмента, условия проведения деформации, режимы термической обработки, точность приборов, используемых для определения свойств, случайные ошибки измерения.
174
Штатный технологический маршрут состоит из следующих штамповочных операций. На начальном этапе следует вырубка для получения исходной заготовки в форме кружка, подштамповка для облегчения формообразования полого полуфабриката совместно с предварительным оформлением полости в донной части и свертка для получения колпака. Последующая коническая осадка дна придает плоское дно колпаку и способствует благоприятному проведению последующих операций вытяжки. Кроме того, эта операция позволяет избежать появления снижающей прочность крупнозернистой структуры при последующем отжиге. Четыре вытяжки с утонением необходимы для превращения полой заготовки в полый полуфабрикат меньшего диаметра и большой высоты. После вытяжных операций необходима обрезка неровностей на кромке. Штамповка дна имеет целью сообщить донной части гильзы необходимую форму, размеры и заданные механические свойства. Обжим за два перехода оформляет дульце, скат и придает корпусу гильзы заданную конусность. На финишном этапе следует механическая обработка резанием для проточки канавки, фланца и нарезания резьбы в донной части под установку капсюльной втулки [1].
Оц МП з
еоо
но
Рис. 1. Эскиз гильзы клб. 30 мм и график требуемого распределения
механических свойств по длине
Характерной особенностью изготовления артиллерийских гильз является применение наряду с отжигом, для восстановления пластичности материала после штамповки, таких термических операций, как закалка и отпуск, улучшающих микроструктуру, обеспечивающую готовой гильзе высокие (требуемые по ТУ) прочностные характеристики (рис. 1), предупреждающие защемление гильзы в патроннике после выстрела [2].
Соответствие механических свойств гильзы требованиям технических условий свидетельствует о высокой точности по рассматриваемому признаку технологического процесса. Несоответствие же этих характеристик наблюдается либо при применении технологического процесса невысокой точности, либо при назначении необоснованных значений свойств по техническим условиям. В этом случае повышается доля дефектности (процент брака) и возможны отказы деталей при их функционировании.
По отобранной выборке исследуемых механических характеристик получают их законы распределения, определяют числовые параметры и производят оценку точности технологического процесса путем сравнения поля допуска свойств Л, заданных техническими условиями, с полем рассеяния о, определенным статистическим путем для реального технологического процесса [3,4].
Результаты статистического анализа качества процесса по формируемым механическим свойствам готовой гильзы представлены в табл. 1, 2 и на рис. 2 - 4.
Таблица 1
Показатели качества технологического процесса изготовления
гильзы клб. 30 мм
Показатели качества Возмож
При знак каче ства № пояса Поле допуска А, МПа Поле рассеяния ю, МПа Коэффициент исполнения Т п Коэффициент точности кТ Коэффициент смещения уровня настроенности процесса Ес ная доля брака д,%
I 120 78,0 1,54 0,65 0,028 0,0
О В II 130 102,0 1,28 0,78 -0,11 0,1
III 120 87,0 1,38 0,73 0,004 0,0
I 12 10,4 1,15 0,87 -0,003 0,06
5 II 12 5,2 2,31 0,43 0,012 0,0
III 12 4,0 3,0 0,33 0,062 0,0
Таблица 2
Интервалы значений Ов и д готовой детали
Параметры Контролируемые пояса
первый пояс второй пояс третий пояс
Об
по ТУ 480-600 >750 >800
±3ст 500-587 769-874 817-902
5
по ТУ >7 >2 >2
±3ст 7,88-18,14 5,18-11,51 6,55-10,85
Поле рассеяния характеристики оВ — ю меньше заданного допуском Л, по результатам расчета Тп > 1, следовательно, имеется запас точности при изготовлении гильзы.
ов,МПа
Рис. 2. Распределение ав гильзы в первом поясе: 1 - эмпирическое;
2 - теоретическое
Ов,МПа
Рис. 3. Распределение ав гильзы во втором поясе: 1 - эмпирическое;
2 - теоретическое
ов,МПа
Рис. 4. Распределение ав гильзы в третьем поясе: 1 - эмпирическое;
2 - теоретическое
Сопоставляя данные табл. 2, можно заметить, что интервалы +3сг уже интервалов значений ов и 5, заданных ТУ. Интервал +3<т включает 99,7 % возможных значений ов и 5, подчиняющихся найденному закону распределения. Практически же в условиях реального производства в крайние области интервала попадает малое количество значений ов и 5. К тому же по результатам измерения ов и 5 контрольных изделий выводятся средние значения в каждом поясе для всей партии. Эти значения при данном распределении лежат в интервалах, заданных ТУ.
Закон распределения механических свойств, исходя из полученных графиков, для контрольных сечений готовых деталей близок к нормальному, что подтверждает предположение о незначительном и случайном влиянии следующих факторов (колебания химического состава и механических свойств исходной заготовки в пределах ТУ, отклонение геометрических размеров рабочего инструмента в пределах заданного допуска и отклонения степеней деформации от средних заданных значений и т.д.) на формирование свойств.
Список литературы
1. Справочник по технологии патронного производства: в 2 т. / Под ред. Н.П. Агеева. СПб.: Балт. гос. техн. ун-т, 2011.
2. Режимы термомеханического упрочнения малоуглеродистых сталей в производстве деталей, изготавливаемых вытяжкой с утонением / Г.А. Данилин, М.Ю. Силаев, Е.В. Затеруха, Е.Ю. Ремшев, Ю.В. Генкин // Металлообработка. 2018. №1(103). С. 33 - 38.
3. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика: учебное пособие для вузов. 9-е изд. М.: Высш. шк., 2003. 479 с.
4. Применение статических методов для обработки результатов эксперимента и оценки точности технологических процессов / Агеев Н.П., Спи-нул Г.П.: учеб. пособие. Л.: ЛМИ, 1982. 72 с.
Затеруха Екатерина Владимировна, канд. техн. наук, доцент, bgtu_e4(q),mail. ru, Санкт-Петербург, Россия, Балтийский государственный технический университет «Военмех»,
Лобов Василий Александрович, канд. техн. наук, доцент, bgtu_е4(а>„mail, ru, Санкт-Петербург, Россия, Балтийский государственный технический университет «Военмех»
ASSESSMENT OF THE QUALITY OF TECHNOLOGICAL PROCESSES ON THE FORMED MECHANICAL PROPERTIES
E. V. Zaterukha, V.A. Lobov
Reliable opération of products for responsible purposes is possible if the material of the stamped métal elements of the products has the required mechanical properties under the operating conditions. Mechanical properties are formed during the manufacture of the métal
178
element by stamping and heat treatment. In this regard, it is important to assess the quality of the technological process of manufacturing the sleeve in terms of the formed mechanical properties.
Key words: technological process, mechanical properties, technical conditions, scattering field, normal law.
Zaterukha Ekaterina Vladimirovna, candidate of technical sciences, docent, bgtu_e4@,mail.ru, St. Petersburg, Baltic State Technical University "Voenmech",
Lobov Vasily Alexandrovich, candidate of technical sciences, bgtu_e4@,mail. ru, Baltic State Technical University "Voenmech"
УДК 621.774.47
К РАСЧЕТУ РЕЖИМОВ ВЯЗКОПЛАСТИЧЕСКОГО ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ С ФЛАНЦЕМ
В.Н. Чудин, А. А. Пасынков
Предложены расчетные соотношения для оценок кинематики, мощности, давления, повреждаемости материала заготовки при вязкопластическом формоизменении деталей с фланцем. Использован энергетический метод расчета и уравнения кинетики повреждаемости материала. Приведены расчетные результаты.
Ключевые слова: кинематика, мощность, давление, повреждаемость материала.
В трубопроводах высокого давления используют элементы из высокопрочных сплавов. Альтернативой их изготовления вместо резания является изотермическая штамповка на гидропрессовом оборудовании. При этом деформируемый материал наряду с упрочнением проявляет вязкие свойства, и режимы обработки зависят от температурно-скоростных условий. Эти факторы определяют технологию и влияют на качество изделий.
Рассмотрим вариант расчета режимов штамповки. Расчету подлежат кинематика деформирования, давление, длительность операции и др. Горячий деформируемый материал заготовки находится в состоянии вязко-пла-стичности, что выражается уравнением [1]
ое = A(f dee Г xn, (1)
где se, ee, Xe - эквивалентные напряжение и деформация и скорость деформаций; A, m, n - константы материала. Уравнение (1) учитывает деформационное упрочнение материала и разупрочнение вязкого течения (ползучесть). Для расчета технологических режимов процесса будем использовать энергетический метод [2] применительно к разрывному полю скоростей перемещений. Метод выражается уравнением равновесия
N = qVoS £ N1 + Np + NТр.. (2)
