Введение к работе
Актуальность работы. Постоянно увеличивающаяся потребность промышленности в тонкостенных цилиндрических оболочках ставит задачу, связанную с выбором эффективного способа их изготовления. Тонкостенные цилиндрические оболочки, работающие в сложных условиях, при высоких температурах и давлении, должны обладать повышенной прочностью, точными размерами и достаточно низкой шероховатостью поверхности: В связи с этим выбранный способ получения цилиндрических оболочек должен гарантировать их надежное качество и стабильность размеров. Наряду с традиционными способами получения цилиндрических оболочек механической'обработкой, в промышленности широко 'используется многооперационная вытяжка с утонением и без утонения.стенки.
Однако, изготовление цилиндрических оболочек многооперационной вытяжкой, равно как и*-такими способами обработки металлов давлением: прессованием, волочением и др., требует большого количества переходов, оснастки, оборудования, затрат труда и полностью не-решает задач обеспечения качества' продукции. За последние годы в различных отраслях машиностроения 'значительное развитие получили процессы пластического формоизменения с локальным приложением нагрузки, среди которых особое внимание привлекает ротационная вытяжка, реализуемая как на специализированном оборудовании, так и с помощью специальных устройств, монтируемых на токарно-винторезных-' станках.
Процессы ротационной вытяжки характерны возможностью экономии материалов, трудозатрат и ,в ряде случаев, остаются' единственно возможным способом получения различных типоразмеров оболочек из обычных и труднодеформируемых материалов.
Специализированные раскатные станки предстазляют собой сложную конструкцию, оснащенную гидростанцией, и обладают высокой стоимостью. В качестве заготовки при работе на специализированном оборудовании используется вырубленный из листового, материала кружок. Затруднения заключаются в том, что теоретически и экспериментально трудно установить оптимальное число проходоз и траекторию перемещения роликов в
зависимости от характера материала заготовки, ее размеров и технических характеристик-готового изделия, что приводит и повышению трудоемкости изготовления изделия или к полученик оболочек с неудовлетворяющими техническими характеристиками.
Наряду с использованием специализированного оборудования, в промышленности получили-применения специальные устройства для ротационной вытяжки, где в качестве деформирующих элементов также используются ролики. С помощью такт устройств, устанавливаемых на токарно-винторезное оборудование можно получать цилиндрические оболочки с соотношениеь L/d~5 (где L и d соответственно длина и диаметр оболочки). I таких устройствах ролики могут быть равны или меньше диаметра оболочки, что позволяет разместить в устройствах большее число деформирующих элементов, чем это имеет место в специализированном оборудовании и способствует получению более высокой точности изделий. При изготовлении оболочек, в этот случае, заготовкой служит колпак, полученный многооперационной вытяжкой, который в дальнейшем подвергается ротационноі вытяжке с утонением стенки за один или несколько проходов і -' 'зависимости от высоты оболочки. При получении колпака-заготовки вытяжкой возникает потребность в изготовлении дорогостоящей штамповой оснастки, использовании прессового оборудовании, а в случае формоизменения заготовок из труднодеформи-руемых материалов , необходимы значительные энергозатраты і возникает проблема повышения стойкости -инструмента.
При соотношении размеров колпака L/d~l листовая заготовка может быть сразу формоизменена в полый полуфабрикат с помощью как роликовых устройств, так и специализированног< оборудования без сложной траектории движения инструмента .Такое построение^ технологии ' исключает использование в ка честве заготовки колпака, полученного многооперационной вытяжкой. Несложность конструкции роликовых устройств и доста точный парк токарного оборудования позволяет использовать н: во многих отраслях машиностроения и особенно эффективно условиях мелко- и среднесерийного производства. Относительн низкая себестоимость продукции в этом случае определяется н только высоким значением -КИМ, но и тем, что исключается ис пользование прессовых операций для получения заготовок.
также специализированного оборудования и оснастки. Тем не менее, применение ротационной вытяжки с помощью роликовых устройств, когда исходной заготовкой является кружок, не нашло достаточно широкого применения из-за отсутствия рекомендаций и 'методик, позволяющих успешно вести процесс. Имеющиеся многочисленные решения формоизменения плоской заготовки вытяжкой в радиальной или конической матрице' существенно отличаются от условий формоизменения плоского кружка-с наложенным вращением и в полной-мере не могут быть использованы в.качестве аналога. Отсюда возникает необходимость в проведении анализа формоизменения плоской вращающейся заготовки роликами с целью выявления оптимальных режимов обработки, оценки силовых параметров и качественных характеристик изделий.
Таким образом,, актуальность поставленной задачи состоит
в необходимости развития теоретических исследований в облас
ти ротационной вытяжки плоских заготовок на специализирован
ном оборудовании и- с помощью роликовых устройств и обобщении
экспериментальных данных для разработки научно-обоснованных
методик проектирования технологических процессов и инстру
мента, что в целом' представляет большой практический инте
рес. .. '
Цели -и задачи работы. Диссертационная работа посвящена решению научно-техничеокой задачи производства цилиндрических оболочек из плоских заготовок на специализироанном оборудовании и о помощью роликовых раскатных устройств, исключающего применение традиционных методов механической обработки и вытяжки на прессовом оборудовании.
Поставленная цель определяет основные направления теоретического и экспериментальногодоследования:
изучение процесса ротационной вытяжки цилиндрлчеоких оболочек роликовыми устройствами и на специализированном оборудовании из плоских заготовок и обобщение теоретических и экспериментальных данных для установления надежных зависимостей между технологическими параметрами процесса, показателями качества и энергозатратами;
разработка рекомендаций и создание методик' для проектирования, технологических процессов РВ;
- G -
- разработка оптимальных конструкций рабочего инструмента и создание методик для его расчета и проектирования.
Методы исследования. Теоретические исследования процесса РВ цилиндрических оболочек из плоской заготовки выполнены на базе теории обычной вытяжки с наложением вращения. Анализ реализован численно инженерным методом с использованием персональных ЭВМ.
Автор защищает научно-обоснованную методику определения силовых составляющих процесса FB плоской заготовки; результаты теоретических исследований-напряженного и деформированного состояния заготовки: закономерности влияния геометрии инструмента на силовые параметры процесса; методику и результаты экспериментального изучения формоизменения плоской заготовки; математическую модель формирования параметров качества и шероховатости поверхности в зависимости от технологических Факторов многопроходной РВ.
Научная новизна. Установлен характер формоизменения
плоской заготовки в полую цилиндрическую оболочку с помощью
РВ на специализированном оборудовании и роликовыми раскатны
ми устройствами. ' '
Основные научные результаты, выносимые на защиту, состо--ят в следующем:
-
теоретическое решение задачи по оценке" напряжений в очаге деформации и силовых параметров с учетом наложенного вращения и условий трения;
-
получение математических зависимостей силовых параметров от технологических факторов и геометрии инструмента, . позволяющих прогнозировать затраты энергии;
-
оценка зависимостей параметров качества., -(шерохова- . тости поверхности, овальности и разностенности) от технологических факторов (продольной подачи, геометрии инструмента," степени утонения, частоты вращения шпинделя), позволяющих прогнозировать состояние поверхности оболочек;
4. создание рекомендаций и методик проектирования технологических процессов и.технологического оборудования для по-' лучения оболочек из плоской заготовки.
Практическая ценность и реализация работы: На- основании выполненных исследований установлена' целесообразность ис-
.-7-
пользования, ротационной вытяжки при получении цилиндрических оболочек из плоских листовых заготовок, как одного из.методов, обеспечивающего Минимальные трудозатраты, значительную экономию материала и исключающего применение многооперационной, вытяжки. На основе теоретических и экспериментальных исгтедозаі!!':'! процесса формоизменения плоской заготовки при РВ определены величины напряжении в очаге деформаций,- крутя- щиії момент и осевая составляющая усилия РВ, даны рекомендации по установлению оптимальных параметров технологического процесса и разработаны методики расчета силовых параметров и конструкции рабочего инструмента.
Отдельные результаты исследований включены в разделы' лекционных курсов "Теория обработки металлов давлением", "Технология холодной штамповгл", а также использованы при выполнении курсовых и' дипломных проектов.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава с ноября 1993 года по март 1997 года.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 печатных работ. '
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 разделов.' заключения . основных выводов, списка использованных источников, приложения. Работа выполнена на 151 странице машинописного текста,- содержит 50 рисунков. 8 таблиц, .список использованных источников из 126' наименований. Общий обьем работы 192 страницы.