Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,749

АНАЛИЗ МЕТАЛЛОЁМКОСТИ ОПЕРАЦИЙ ОТРЕЗКИ И НАГРЕВА ЗАГОТОВОК ИЗ СОРТОВОГО ПРОКАТА КРУГЛОГО СЕЧЕНИЯ

Телегин И.В. 1 Володин И.М. 1
1 ФГБОУ ВПО «Липецкий государственный технический университет»
В работе приводятся результаты исследования влияния на металлоёмкость технологического процесса изготовления поковок на кривошипных горячештамповочных прессах точности диаметра сортового проката, точности нарезанных из него заготовок и способа их нагрева. Приведены оригинальные зависимости, связывающие эти параметры с массой штампуемых поковок. Предложены критерии, позволяющие оценить металлоёмкость технологического процесса горячей объёмной штамповки круглых в плане поковок, и программа для ЭВМ, позволяющая рассчитать эти критерии. Важнейшей особенностью методики расчёта параметров заготовок, реализованной в предложенном программном решении, является возможность определения их геометрических параметров и количественной оценки потерь металла с учётом включённых в программное решение баз данных геометрических параметров сортового проката круглого сечения, а также баз статистических данных о точности отрезаемых заготовок при использовании различного оборудования и потерях металла вследствие угара при их нагреве.
горячая штамповка
металлоёмкость
заготовка
поковка
1. Биба Н.В. Qform – программа, созданная для технологов / Н.В. Биба, С.А. Стебунов // КШП. ОМД. – 2004. – № 9. – С. 38–41.
2. ГОСТ 18970-84. Обработка металлов давлением. Термины и определения. Операции ковки и штамповки.
3. ГОСТ 7505-89. Поковки стальные штампованные. Допуски, припуски и кузнечные напуски
4. Ковка и объёмная штамповка: справочник. В 4 т. Т. 1. Материалы и нагрев. Оборудование. Ковка – 2-е изд., перераб. и доп. / под общ. ред. Е.И. Семёнова. – М.: Машиностроение, 2010. 720 с.: ил.
5. Ковка и объёмная штамповка: справочник. В 4 т. Т. 2. Горячая объёмная штамповка. – 2-е изд., перераб. и доп. / под общ. ред. Е.И. Семёнова. – М.: Машиностроение, 2010. – 720 с.: ил.
6. Телегин В.В. Объектно-ориентированный подход и его компьютерная реализация в задачах исследования динамики механизмов // Известия Самарского научного центра РАН. – 2010. – Т. 12, № 4 (3). – С. 623–628.
7. Телегин И.В. Исследование и совершенствование технологического процесса горячей объёмной штамповки круглых в плане поковок / И.В. Телегин, И.М. Володин // Известия Самарского научного центра РАН. – 2012. – Т. 14, № 4 (5). – С. 1310–1312.
8. Телегин И.В., Володин И.М. Поковки круглые в плане (осесимметричные). Анализ металлоемкости: св. о гос. рег. прог. для ЭВМ Росс. Фед. № 2014661697 от 16.09.2014. Дата поступления 11.11.2014.

Металлоёмкость технологического процесса – это количество материала, необходимое для изготовления готового изделия. В случае производства металлических изделий машиностроения стоимость металла составляет значительную часть от стоимости всего изделия.

Очевидны следующие направления снижения металлоёмкости детали:

● изменение конструкции самой детали;

● уменьшение доли отходов металла, возникающих в связи с её производством.

Статья посвящена исследованию второго направления применительно к процессам производства стальных деталей круглых в плане (осесимметричных) методом горячей объёмной штамповки (ГОШ) на кривошипных горячештамповочных прессах (КГШП) с последующей механической обработкой.

Определим следующие понятия:

1. Минимально допустимая масса заготовки – масса заготовки, позволяющая в рамках данного технологического процесса ГОШ получить бездефектную поковку. При массе заготовки ниже допустимого значения гарантировано возникновение дефектов, связанных с незаполнением гравюра штампа окончательного перехода.

2. Коэффициент металлоёмкости технологического процесса изготовления детали – отношение массы заготовки к массе готовой детали:

telegin01.wmf telegin02.wmf (1)

где MЗ, Mmax – средняя и максимальная массы заготовки; МД – масса детали. Очевидно, чем больше сKМ и мKМ, тем менее эффективен технологический процесс.

Критерии металлоёмкости (1) выгодно отличаются от других подобных [2, 6, 7], поскольку позволяют более точно оценить влияние параметров технологического процесса ГОШ на общую металлоёмкость всего процесса изготовления детали.

На практике, как правило, заполнение гравюры штампа окончательного перехода осуществляется одновременно с образованием облоя при открытой штамповке или заполнением компенсатора при закрытой штамповке. В результате определить минимальную массу поковки (и заготовки соответственно) можно лишь или экспериментально, или путём численного моделирования. В данной работе для моделирования процессов ГОШ используется программа QForm 7.24 [1]. В качестве примера на рис. 1 и 2 показаны технологические переходы ГОШ круглой в плане поковки детали «Шестерня» [черт. 17, 3], и результаты расчёта минимальной высоты заготовки (условная) в предположении точно соответствуют номинальному диаметру сортового проката, из которого заготовка изготавливается.

Следует отметить, что известны технологические процессы ГОШ, содержащие три формообразующих перехода, у которых формирование облоя осуществляется на предварительном переходе, затем обрезка и окончательная штамповка [7]. В этом случае минимальная масса поковки определяется на предварительном переходе.

pic_55.tif

pic_56.tif

Рис. 1. Деталь «Шестерня» и технологические переходы изготовления её поковки

pic_57.tif pic_58.tif

а б

Рис. 2. Окончательный штамповочный переход при условной высоте заготовки: а – 101,5 мм; б – 109,75 мм

Наряду с потерями металла при реализации процессов ГОШ, связанных с угаром, довольно существенными могут оказаться потери вследствие назначения припусков на длину заготовки для компенсации:

● отклонений диаметра сортового проката от номинального значения;

● неточностей при отрезке заготовки.

В таблице приведены данные исследования влияния различных факторов на металлоёмкость ГОШ поковки детали «Шестерня», показанной на рис. 1.

Из анализа полученных результатов следует, что:

● точность проката, способ нагрева и отрезки заготовки оказывают заметное влияние на металлоёмкость технологического процесса ГОШ;

● величина соотношения длины (LЗ) и диаметра (DЗ) заготовки значительного влияния на металлоёмкость процесса ГОШ не оказывает. В то же время прослеживается устойчивая тенденция к увеличению металлоёмкости с уменьшением отношения высоты к диаметру заготовки.

Реальные длина (L ± Δ) и диаметр telegin04.wmf заготовки, полученной из сортового проката круглого сечения, не являются константами. Точность заготовки ∆ зависит от способа её отрезки (ножницы для резки сортового проката, отрезка в штампе, ножовочно-отрезной станок и др.) и предполагается известной [4]. Отклонения диаметра заготовки (Dmin, Dmax) от номинального значения (D).

Потери массы заготовки при её нагреве (Umin, Umax) зависят от способа нагрева (пламенный на природном газе, пламенный на мазуте, индукционный), времени, температуры нагрева, материала заготовки, измеряются в процентах от её массы и также считаются известными [4].

Результаты исследования влияния параметров заготовки на коэффициенты металлоёмкости ГОШ (сКМ и мКМ)

Параметр

Отношение telegin03.wmf

2,3

2,1

1,8

1,58

1,45

1,33

Точность прокатки: А1, Б1, В1, А01, А2, В2. Нагрев пламенный на природном газе. Отрезка на сортовых ножницах

А1

1,760

1,818

1,760

1,820

1,760

1,822

1,765

1,825

1,765

1,827

1,765

1,830

Б1

1,770

1,843

1,770

1,843

1,770

1,845

1,776

1,847

1,776

1,848

1,776

1,850

В1

1,776

1,855

1,776

1,855

1,776

1,856

1,781

1,857

1,781

1,859

1,781

1,860

А2

1,760

1,818

1,760

1,820

1,760

1,822

1,765

1,825

1,765

1,828

1,765

1,830

В2

1,792

1,880

1,792

1,879

1,792

1,879

1,792

1,879

1,792

1,880

1,792

1,881

Способ нагрева заготовки. Точность прокатки Б1. Отрезка на сортовых ножницах

Индукционный

1,743

1,803

1,743

1,804

1,743

1,805

1,743

1,807

1,743

1,809

1,743

1,811

Пламенный на природном газе

1,770

1,843

1,770

1,843

1,770

1,845

1,776

1,847

1,776

1,848

1,776

1,850

Пламенный на мазуте

1,787

1,861

1,787

1,862

1,787

1,863

1,787

1,865

1,787

1,867

1,787

1,869

Способ отрезки заготовки. Точность прокатки Б1. Нагрев пламенный на природном газе

На сортовых ножницах

1,770

1,843

1,770

1,843

1,770

1,845

1,776

1,847

1,776

1,848

1,776

1,850

На ножовочно-отрезных станках

1,765

1,832

1,765

1,831

1,765

1,831

1,765

1,831

1,765

1,831

1,765

1,832

На первом этапе разработки технологического процесса ГОШ, включающего осадку, предварительную и окончательную штамповку, решается вопрос о выборе размеров заготовки. Исходными данными для этого являются минимальный объём поковки (Vmin) и её диаметр (Dз). Масса заготовки и её объём связаны очевидной зависимостью Мmin = Vmin⋅ρ, где ρ – плотность материала поковки. Объём заготовки (Vз), её диаметр (Dз) и длина (Lз) должны удовлетворять следующим соотношениям [5]:

telegin05.wmf telegin06.wmf (2)

где объём и длина заготовки могут принимать значения от Vmin, Lmin до Vmax, Lmax соответственно. Диаметр заготовки (Dз) считается величиной постоянной, значение которой обычно принимается равным номинальному диаметру соответствующего размера сортового проката, из которого изготавливается заготовка, или уменьшенным на величину угара.

Можно показать, что если минимальный и максимальный диаметры прутка Dmin и Dmax, то соответствующие диаметры заготовки

telegin07.wmf

telegin08.wmf (3)

Минимальная длина заготовки с учётом угара при минимальном диаметре прутка, в пределах допуска на его изготовление:

telegin09.wmf (4)

Максимальный объём заготовки с учётом допуска на её диаметр и длину:

telegin10.wmf

или поле подстановки выражения для lmin и преобразований:

telegin11.wmf (5)

Предельные значения длин заготовки (Lmin и Lmax) диаметром Dз:

telegin13.wmf telegin12.wmf (6)

pic_59.tif

Рис. 3. Автоматизация процесса расчёта параметров заготовки

Значения Lmin, Lmax и Dз будем называть условными. Это те параметры заготовки, которые используются в последующих расчётах ГОШ.

Размеры и масса (минимальная, максимальная и средняя) реальной заготовки, полученной после её отрезки:

telegin14.wmf

telegin15.wmf

telegin16.wmf

telegin17.wmf (7)

Расчёт параметров заготовки в соответствии с зависимостями (2)–(7) автоматизирован. На рис. 3 представлено окно программы [8] расчёта параметров заготовки.

Для работы программы необходимо выбрать требуемый стандарт, определяющий параметры сортового проката, номинальный диаметр и его точность, указать минимальную длину заготовки, рассчитанную по методике, представленной на рис. 2, способ нагрева и отрезки. В результате вычислений будут получены условные значения минимальной и максимальной длин заготовки, необходимые для моделирования технологического процесса ГОШ в программе QForm [1], номинальная высота заготовки и её точность, а также рассчитаны коэффициенты металлоёмкости в соответствии с (1) и потери массы вследствие неточностей диаметра, погрешностей отрезки заготовки и угара металла при нагреве заготовки.

Рецензенты:

Корнеев А.М., д.т.н., директор института машиностроения, Липецкий государственный технический университет, г. Липецк;

Лебедев С.В., д.т.н., профессор, Липецкий государственный технический университет, г. Липецк.


Библиографическая ссылка

Телегин И.В., Володин И.М. АНАЛИЗ МЕТАЛЛОЁМКОСТИ ОПЕРАЦИЙ ОТРЕЗКИ И НАГРЕВА ЗАГОТОВОК ИЗ СОРТОВОГО ПРОКАТА КРУГЛОГО СЕЧЕНИЯ // Фундаментальные исследования. – 2015. – № 7-4. – С. 722-726;
URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=38808 (дата обращения: 03.12.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074