Научный журнал

Фундаментальные исследования

ISSN 1812-7339

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,674

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Хейн Вин Зо 1

---

1 «МАТИ» – Российский государственный технологический университет им. К.Э. Циолковского

Процессы локального деформирования (ротационная вытяжка, раскатка, ротационный обжим и другие) по сравнению с традиционными операциями обработки металлов давлением обладают рядом достоинств: меньшее деформирующее усилие, простота технологической оснастки, большие степени формоизменения заготовки. Большая трудоемкость работ на этапе технологической подготовки производства в самолетостроении связана в известной мере с тем, что при изготовлении деталей возможности пластического деформирования исходной заготовки всегда ограничены, поэтому и в теоретическом, и в практическом плане важное значение имеют методы обработки, которые увеличивают предельные деформации заготовки. Это ведет к уменьшению технологических операций и переходов, что в конечном итоге снижает трудоемкость изготовления деталей. Поэтому исследования в области локального деформирования являются актуальными. При раскатке элемент трубчатой заготовки помещают между двумя роликами, которые под действием усилия Р деформируют стенку заготовки, увеличивая ее диаметр. Известна раскатка заготовок, когда взамен наружного ролика используется вращающее кольцо, или матрица. В последнем случае исходная заготовка имеет первоначально меньший диаметр и раскатывается до внутреннего диаметра кольца (матрицы), что повышает точность изготовления детали. Процессы раскатки реализуются в условиях внешнего сжатия элементов заготовки в очаге деформации, однако во внутренних слоях заготовки могут возникать и растягивающие напряжения. Из теории прокатки известно, что растягивающие напряжения в срединных слоях заготовки могут достигать значительной величины, поэтому важны такие схемы и режимы обработки, которые бы приводили к снижению этих растягивающих напряжений.

Статья в формате PDF

456 KB

результаты расчета и эксперимента по необходимому крутящему моменту М

1. Попов Е.А., Ковалев В.Г., Шубин И.Н. Технология и автоматизация листовой штамповки. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003. – 480 с.

2. Листовая штамповка. Расчет технологических параметров. Справочник / В.И. Ершов, О.В. Попов, А.С. Чумадин и др. – М.: Изд-во МАИ, 1999. – 516 с.

3. Качанов Л.М. Основы теории пластичности. – М.: Наука, 1996. – 420 с.

4. Чумадин А.С., Бурштейн Н.М., Архипов В.Н. Способ изменения диаметра концевого участка трубы. Патент РФ № 2104112, 1998.

5. Абибов А.Л., Бирюков Н.М., Бойцов В.В. и др. Технология самолетостроения. – М.: Машиностроение, 1970. – 499 с.

6. Листовая штамповка. Расчет технологических параметров. Справочник / В.И. Ершов, О.В. Попов, А.С. Чумадин и др. – М.: Изд-во МАИ, 1999. – 516 с.

7. Хейн Вин Зо Экспериментальные исследования процесса раскатки труб // Кузнечно-штамповочное производство // Обработка материалов давлением. – 2007. – № 12. – С. 11–14.

Процессы локального деформирования (ротационная вытяжка, раскатка, ротационный обжим и другие) по сравнению с традиционными операциями обработки металлов давлением обладают рядом достоинств: меньшее деформирующее усилие, простота технологической оснастки, большие степени формоизменения заготовки.

Большая трудоемкость работ на этапе технологической подготовки производства в самолетостроении связана в известной мере с тем, что при изготовлении деталей возможности пластического деформирования исходной заготовки всегда ограничены, поэтому и в теоретическом, и в практическом плане важное значение имеют методы обработки, которые увеличивают предельные деформации заготовки. Это ведет к уменьшению технологических операций и переходов, что в конечном итоге снижает трудоемкость изготовления деталей. Поэтому исследования в области локального деформирования являются актуальными.

При раскатке (рис. 1, а) элемент трубчатой заготовки помещают между двумя роликами, которые под действием усилия Р деформируют стенку заготовки, увеличивая ее диаметр. Известна раскатка заготовок, когда взамен наружного ролика используется вращающее кольцо, или матрица (рис. 1, б) [1, 2]. В последнем случае исходная заготовка имеет первоначально меньший диаметр и раскатывается до внутреннего диаметра кольца (матрицы), что повышает точность изготовления детали.

Процессы раскатки реализуются в условиях внешнего сжатия элементов заготовки в очаге деформации, однако во внутренних слоях заготовки могут возникать и растягивающие напряжения. Из теории прокатки известно, что растягивающие напряжения в срединных слоях заготовки могут достигать значительной величины, поэтому важны такие схемы и режимы обработки, которые бы приводили к снижению этих растягивающих напряжений.

Рассмотрим симметричный процесс раскатки с двумя ведущими оправками одинакового диаметра (рис. 2). Разобьем заготовку на две равные части и в силу симметрии рассмотрим только одну (верхнюю) часть.

 а б

Рис. 1. Схема раскатки кольцевых заготовок: а – между двумя роликами; б – между кольцом и роликом (1 – ролики; 2 – заготовка; 3 – кольцо (матрица))

Рис. 2. К определению крутящих моментов двух ведущих оправок

Деформирование осуществляется за счет вращения оправки. Момент внешних сил М, прикладываемый к ведущей оправке, создает в зонах прилипания 2 и 3 активную силу Т₂₃, которая обеспечивает перемещение заготовки и работу деформации, а также силы пассивного трения в зоне отставания Т₁ и в зоне опережения Т₄, работы которых увеличивают величину внешнего момента М.

Относительно оси вращения верхней ведущей оправки равенство моментов указанных сил имеет вид

М = (Т₂₃ + Т1 + Т₄) Rp. (1)

Для двух ведущих оправок будем иметь

2М = 2(Т₂₃ + Т₁ + Т₄) Rp,

где 2Т₂₃ R_p – внешний момент, который обеспечивает работу деформации А_деф, т.е.

2 Т₂₃ R_p = А_деф/φ,

где φ – угол поворота оправки за один оборот заготовки.

Таким образом, выражение (1) для двух ведущих оправок может быть переписано в виде

2М = А_деф/φ + 2(Т₁ + Т₄) Rp . (2)

В уравнении (1) силы трения в зоне отставания Т₁ и в зоне опережения Т₄ равны:

(3)

где τ_к1, τ_к4 – контактные касательные напряжения от действия сил контактного трения, рассчитываемые выражениями (1), (2) соответственно; Z – единичная ширина очага деформации (Z = 1); ρ – текущий радиус.

Аналитически расчет уравнений (3) с некоторой погрешностью может быть осуществлен через средние подынтегральные значения τ_к1, τ_к4, зная размеры контактных зон.

Рассмотрим процесс раскатки с двумя оправками разного диаметра, одна из которых (верхняя) – ведущая, а вторая (нижняя) – ведомая (рис. 3).

Рис. 3. К определению крутящих моментов при одной ведущей оправке

Относительно оси вращения верхней ведущей оправки равенство моментов будет иметь вид (1), где Т₂₃R_p – момент активной силы, необходимый для формообразования заготовки и вращения ведомой оправки, т.е.

Т₂₃R_p = А_деф/φ + F₂₃R_Р.

На ведомую (нижнюю) оправку со стороны заготовки действует активная сила F₂₃ и силы пассивного трения F₁ и F₄, моменты которых уравновешиваются, т.е.

F₂₃R_Q = (F₁ + F₄) R_Q (4)

или

F₂₃ = (F₁ + F₄). (5)

Рис. 4. Схема приспособления для определения крутящего момента

Таким образом, уравнение моментов для одной ведущей оправки (рис. 3) будет иметь вид

или

М = А_деф/φ + (Т₁ + Т₄ + F₁ + F₄) R_p. (7)

Момент внешних сил (крутящий момент) определялся с использованием специального приспособления, установленного на установке для раскатки, схема которого приведена на рис. 4, а внешний вид представлен на рис. 5.

Величина момента (рис. 4) определялась по известной формуле М = Р_м Н в момент перемещения заготовки под заданной нагрузкой. Влияние сил трения в передачах установки (шкив, редуктор и т.д.) компенсировалось специальной установочной гирей.

Результаты экспериментов применительно к ведущей давильной оправке Ø 24 мм и ведомой – Ø 60 мм приведены в табл. 1.

Рис. 5. Общий вид приспособления для определения крутящего момента

Таблица 1

Момент внешних сил при раскатке

В табл. 2 приведено сопоставление результатов расчета и эксперимента по необходимому крутящему моменту М для деформирования плоских и трубных заготовок.

Таблица 2

Результаты расчета и эксперимента по необходимому крутящему моменту М

Вывод

Из таблицы видно, что расчетные значения крутящего момента отражают физические закономерности процесса, однако превышают экспериментальные значения примерно в 1,5–2,0 раза. Это связано с приближенной зависимостью, которую (по результатам экспериментов) можно уточнить, введя в нее корректирующий коэффициент К = 0,6–0,7. С другой стороны, повышенные расчетные значения крутящего момента удовлетворяют практическим требованиям, т.к. не требуется введение так называемого коэффициента запаса по моменту (мощности) при проектировании установок для раскатки труб.

Рецензенты:

Гагарина Л.Г., д.т.н., профессор, заведующая кафедрой «Информатика и программное обеспечение вычислительных систем» Национального исследовательского университета МИЭТ, г. Москва;

Лисов О.И., д.т.н., профессор кафедры «Информатика и программное обеспечение вычислительных систем» Национального исследовательского университета МИЭТ, г. Москва.

Работа поступила в редакцию 26.08.2014.

Библиографическая ссылка