Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Состояние вопроса и задачи исследований 17
1.1. Анализ способов изготовления и областей применения многослойных цилиндрических заготовок 17
1.2. Анализ существующих расчетных схем деформирования многослойных цилиндрических заготовок 28
Глава 2 Методы и средства исследований 41
2.1.Экспериментальные средства для осуществления процесса деформирующего про
тягивания 41
2.2. Подготовка образцов для деформирующего протягивания двухслойньк заготовок 44
2.3 Методика определения ширины контакта и коэффициента трения между заготов кой и инструментом и между слоями заготовки 45
2.4. Методика определения контактных давлений в однослойных и двухслойных заготовках 50
2.5. Методика измерения сил деформирующего протягивания 52
2.6 Метод представления экспериментальных и расчетных данных в безразмерном виде с помощью теории подобия и размерности 56
Глава 3 Теоретическая модель раздачи двухслойных заготовок в условиях нестесненной осевой деформации 60
3.1. Теоретическая модель раздачи однослойной заготовки в условиях нестесненной осевой деформации без учета сил трения об инструмент 60
3.2. Теоретическая модель раздачи однослойной заготовки в условиях нестесненной осевой деформации с учетом сил трения об инструмент 65
3.3. Модель равномерной раздачи двухслойной заготовки при наличии сил трения ме жду ее слоями , 71
Глава 4 Исследование изменения геометрических параметров многослойных заготовок при многоцикловом деформирующем протягивании 77
4.1. Экспериментальная проверка модели раздачи однослойных заготовок в условиях нестесненной осевой деформации 77
4.2. Исследование влияния технологических параметров процесса на изменение длины многослойных заготовок 83
4.3. Влияние длины заготовок на изменение их осевых параметров 103
4.4. Использование в технологических расчегах результатов исследований 120
Глава 5 Исследование сил при деформирующем протягивании многослойных заготовок 124
5.1. Экспериментальное исследование сил при деформирующем протягивании мно гослойных заготовок 124
5.2 Экспериментальное исследование сил при деформирующем протягивании трех слойных заготовок , 139
5.3. Анализ энергосиловых параметров деформирующего протягивания методами теории подобия 140
5.4. Расчетная модель силы деформирующего протягивания двухслойных заготовок... 149
Глава 6 Контактные явления 158
6.1. Исследование длины контакта 158
6.2 Контактные давления и коэффициент трения между инструментом и заготовкой... 161
6.3 Теоретическая модель контактных давлений между слоями двухслойной заготовки 163
Глава 7 Практическое использование полученных результатов для решения технологических задач 170
7.1. Разработка алгоритмов проектирования технологической операции деформирующего протягивания многослойных изделий 170
7.2. Пример технологического расчета операции изготовления корпуса гидроцилиндра 172
7.3. Расчет экономии металла при замене однослойного изделия многослойным 179
Заключение 185
Список источников
- Анализ существующих расчетных схем деформирования многослойных цилиндрических заготовок
- Методика определения ширины контакта и коэффициента трения между заготов кой и инструментом и между слоями заготовки
- Теоретическая модель раздачи однослойной заготовки в условиях нестесненной осевой деформации с учетом сил трения об инструмент
- Исследование влияния технологических параметров процесса на изменение длины многослойных заготовок
Введение к работе
Актуальность темы. К требованиям современного машиностроительного производства относятся: получение деталей с необходимой точностью размеров и качеством обработанной поверхности, а также разработка и внедрение ресурсосберегающих технологий.
При применении процесса деформирующего протягивания (ДП) для изготовления многослойных трубных изделий решаются основные задачи машиностроительных и металлообрабатывающих производств - экономия затрат труда и металла, получение обработанной поверхности высокого качества.
При раздаче ДП деформирующий инструмент пластически деформирует внутреннюю поверхность стенки детали, увеличивает наружный и внутренний диаметры детали, исправляет неточности геометрии, выглаживает и упрочняет поверхность изделия, что повышает ее износостойкость. Обработка деталей таким способом позволяет исключить обработку резанием с высокими отходами металлов в стружку, упростить технологический процесс изготовления деталей, исключив из него ряд трудоемких операций. В поверхностном слое формируются остаточные сжимающие напряжения, что благоприятно для повышения усталостной прочности деталей. Применение твердосплавных элементов протяжек и специальных смазок позволяет значительно расширить области применения этой операции для обработки заготовок из углеродистых, средне- и высоколегированных сталей, трудно обрабатываемых металлов и сплавов, производить малые (поверхностные) и большие (сквозные) деформации, достигающие 20% диаметра, получать шероховатость обработанной поверхности Ra = 0,05 мкм, получать высокую точность заготовок.
Анализ существующих расчетных схем показал, что механика (ДП) многослойных цилиндрических заготовок является малоизученной. При этом для технологической практики существующие точные решения упругопластиче-ской раздачи многослойных изделий отличаются большой сложностью и малопригодны для технологической практики. Поэтому актуальной является разработка инженерных расчетных схем, позволяющих определять основные параметры технологического процесса, в том числе изменения размеров многослойных заготовок при их обработке. Это позволит свести к минимуму припуски на мехобработку на дальнейших технологических операциях. Накопленный практический опыт получения двухслойных цилиндрических изделий на отечественных предприятиях показал отсутствие единых методик расчетов процессов ДП для получения изделий с регламентированными качественными характеристиками, удовлетворяющими техническим и эксплуатационным условиям работы деталей, в том числе определяющими прочность сцепления слоев.
Для однослойных заготовок подробно исследовано влияние технологических параметров в зоне контакта с инструментом на коэффициент трения, ширину контакта и контактное давление. Однако для ДП многослойных заготовок таких данных нет.
Недостаточность теоретического обоснования расчетов технологических показателей ДП на основе известных закономерностей и условий деформирования цилиндрических заготовок сводит решение задач при проектировании технологического процесса к опыту отделнига предприятие Рашение проблемы проек-
l3&
о*
тирования технологических процессов ДП, создание единой расчсшии u»i, d настоящее время не может ограничиться различными эмпирическими моделями, построенными на анализе и обобщении производственного опыта. Поэтому, повышение технологических показателей процесса ДП многослойных изделий путем разработки расчетных методик определения прогнозируемых параметров качества изделия с учетом влияния основных технологических факторов является актуальной научно-технической проблемой.
Тема диссертации входит в отраслевую программу «Разработка оборудования и техпроцессов с целью сбережения энергоматериальных ресурсов в пищевой промышленности».
Цель работы. Повышение технологических показателей при деформирующем протягивании цилиндрических многослойных заготовок на основе исследования закономерностей механики их деформирования и создания расчетных методик проектирования технологических операций.
Задачами диссертационного исследования являются:
Разработка математической модели процесса деформирующего протягивания многослойных заготовок.
Экспериментальное исследование влияния параметров деформирующего протягивания на изменение геометрических параметров двухслойных и трехслойных заготовок.
Экспериментальное исследование влияния параметров техпроцесса на усилие протягивания, коэффициент трения, ширину контакта и контактные давления в зоне контакта с инструментом.
Исследование влияния параметров техпроцесса на контактные давления между слоями заготовки и разработка расчетной модели для их определения.
- Разработка и внедрение в производство технологических рекомендаций по
процессу деформирующего протягивания многослойных цилиндрических заго
товок на основе полученных данных, позволяющие повысить технологические
показатели процесса ДП и эксплуатационные свойства изделий.
Методы исследований. В работе использовались основные положения теории обработки металлов давлением, сопротивления материалов, теоретической механики, математической статистики. Условия проведения экспериментов соответствовали статическим условиям холодного пластического деформирования. Применялась схема ДП для обработки двухслойных и трехслойных заготовок с осевым сжатием. Определение ширины контакта и коэффициента трения между заготовкой и инструментом и между слоями заготовки, контактных давлений в однослойных и двухслойных заготовках производилось по известным методикам. Модельный эксперимент по ДП проводился на стенде, на горизонтально- протяжном станке и на прессах. Экспериментальные и расчетные данные представлялись в безразмерном виде.
Научная новизна работы в следующем. Впервые экспериментально выявлены и теоретически обоснованы закономерности изменения геометрических параметров отдельных слоев заготовок при ДП, и на их основе разработана математическая модель раздачи трубы в условиях нестесненной осевой деформации, которая позволяет рассчитать деформации наружных слоев заготовки в зависи-
»* «И *., '<
мости от технологических параметров процесса. Экспериментально выявлены закономерности изменения геометрических параметров внутренних слоев. Созданы номограммы, позволяющие прогнозировать параметры формоизменения заготовок. Разработана расчетная модель силы ДП многослойных заготовок, позволяющая эффективно использовать расчетные зависимости в технологической практике. Экспериментально изучены контактные явления между слоями двух и трехслойных заготовок и влияние на них технологических параметров процесса. Разработана расчетная модель контактных давлений между слоями заготовок, обрабатываемых деформирующим протягиванием.
Практическая значимость. Разработаны расчетные методики проектирования технологических операций ДП многослойных цилиндрических заготовок, позволяющие проектировать в автоматизированном режиме техпроцессы изготовления многослойных изделий и обеспечивающие повышение технологических показателей процесса ДП, качество изделий по параметрам геометрической точности и прочности скрепления слоев. Результаты внедрены в учебный процесс и в производство.
Личный вклад соискателя в проведении экспериментальных исследований, их обработке, анализе и аналитической разработке математических и расчетных моделей, разработке и внедрении техпроцесса изготовления корпусов двухслойных гидроцилиндров, что подтверждается публикациями, актами внедрения.
Реализация и внедрение результатов работы:
Результаты работы внедрены на ОАО «Рудгормаш», разработан техпроцесс изготовления двухслойных корпусов гидроцилиндров, позволивший обеспечить экономический эффект от внедрения данных разработок на 15 тыс. руб. на одну деталь. Результаты работы внедрены в учебный процесс в Воронежском государственном техническом университете на кафедре «Автоматизированное оборудование».
Апробация работы. Основные результаты работы были доложены и обсуждены: на научно-технических (в т.ч. международных) конференциях по вопросам обработки металлов давлением и ресурсосберегающих технологий. Всероссийской научно - практической конференции «Повышение технического уровня машин лесного комплекса» (г. Воронеж, 1999), международной конференция «Сверхтвердые материалы на рубеже тысячелетий; получение, свойства, применение» (Киев, 2001), первой всероссийской электронной научно-техническая конференции «Аэродинамика, механика и аэрокосмические технологии» (Воронеж, 2001), XI международном семинаре «Высокие технологии: развитие и кадровое обеспечение» (Алушта, 2001), юбилейной конференции в ИСМ НАН Украины (Киев, 2002), на научном семинаре Воронежского государственного технического университета в 2004г.
Публикации. По результатам работы имеется 24 публикации, из них 2 в центральной печати, 2 депонированы. Личный вклад автора в работах [1] - проведен анализ энергосиловых параметров деформирующего протягивания методами теории подобия; [2] - определено влияние длины заготовок на изменение их осевых параметров; [3] - проведен технологический расчет силовых пара-
метров деформирующего протягивания двухслойных заготовок; [4] - проанализирован энергетически процесс деформирующего протягивания двухслойных заготовок; [5] - определено влияние сил трения на механику деформирующего протягивания заготовок; [6] - изучены контактные явления при деформирующем протягивании двухслойных заготовок; [7] - проведен анализ параметров деформирующего протягивания и технологических показателей процесса.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 7 глав, заключения, приложений. Работа изложена на 184 страницах, содержит 105 рисунков, 15 таблиц и список литературы из 133 наименований.
Анализ существующих расчетных схем деформирования многослойных цилиндрических заготовок
В теории обработки металлов давлением, прикладной теории пластичности и ползучести имеются многочисленные работы, в которых рассматриваются теоретические и практические вопросы процесса холодного деформирования однослойных цилиндрических заготовок [20, 24, 22, 27, 28, 31,и др.]. В решении некоторых задач по теории малых упругопластических деформаций [20] рассматривается упругопластическое состояние толстостенной трубы, нагруженной внутренним давлением и осевой силой при отсутствии упрочнения. Рассматривается толстостенная однослойная труба конечных и бесконечных размеров с неизменной осевой деформацией (е? ). Рассматривается также упруго- пластическое состояние толстостенной трубы, нагруженной внутренним давлением и осевой силой при линейном упрочнении. В результате получены выражения для напряжений в пластической области, получено уравнение, связывающее радиус границы, разделяющей упругую и пластическую области и приложенное давление. Получена величина нормальной силы в поперечном сечении трубы. Однако для практики технологических расчетов изменений размеров заготовки в процессе ее деформирования эта схема малопригодна из-за ее сложности.
Для практики производства толстостенных труб получены уравнения раздачи трубы с целью ее автоскрепления или автофретирования[33, 10, 72 , 26, 27], Получена формула растягивающей силы и величины внутренних давлений в трубе. Приведены примеры расчета автоскрепленных труб. Теоретические решения этих авторов также позволяют использовать полученные формулы и выражения в технологической практике при применении процессов холодного пластического деформирования. Однако применение такой расчетной схемы для модели раздачи многослойной заготовки при ее деформирующем протягивании затруднительно при расчете геометрических параметров процесса. Име ются работы экспериментально- теоретические по изучению параметров деформирующего протягивания однослойных цилиндрических заготовок, в которых изучались вопросы силовых нагрузок, деформаций и т.п. [26, 27, 39, 23, 37].
Используемые в этих работах методы аналитического решения задач по расчетам силы при раздаче трубных заготовок являются приближенными, в основе каждого из этих методов лежат некоторые допущения. Оценить влияние принятых допущений на конечный результат довольно сложно. Силы, рассчитанные по уравнениям этих авторов, значительно меньше сил полученных экспериментальным путем. [32].
В работах [31,32] рассматривается процесс деформирующего протягивания однослойных цилиндрических заготовок. Впервые создана научная основа для разработки технологических расчетных методик процесса. Рассмотрены вопросы взаимодействия инструмента с изделием при деформирующем протягивании цилиндрических отверстий. Изучены контактные явления. Разработана технологическая методика расчета контактных давлений методом линий скольжения. Изучены вопросы изменения размеров однослойного цилиндрического изделия при деформирующем протягивании. Изложены теоретические основы расчета на прочность деформирующих элементов протяжки и оптимизация их форм и размеров. Но много вопросов остались нерешенными и для теории деформирующего протягивания и для практики. Анализ схемы раздачи производится при условиях плоской осевой деформации при Єг = . Условие отсутствия укорочения заготовки не соответствует эксперименту. Поскольку при деформирующем протягивании многослойных изделий наблюдается различное изменение длин отдельных слоев, то непосредственно использовать эту схему для анализа раздачи многослойных труб нельзя.
Теоретическому решению вопросов деформирующего протягивания посвящено незначительное количество работ[1, 37, 77, 19]. Их также применить для расчета процесса деформирующего протягивания многослойных цилиндрических изделий затруднительно. Малоизученной является и механика деформирующего протягивания многослойных цилиндрических заготовок. В литературе отсутствуют данные как о средних характеристиках процесса их обработки, так о характере напряженно- деформированного состояния. В работе [1] рассмотрены составные цилиндры, нагруженные внутренним давлением. На рис 1.3. показан составной цилиндр, состоящий из цилиндров, которые сделаны из одного и того же материала и в которых возникают зоны упругих и пластических деформаций только действием внутреннего давления[1].
Методика определения ширины контакта и коэффициента трения между заготов кой и инструментом и между слоями заготовки
Ширина контакта инструмента с обрабатываемой деталью при ДП является одной из самых важных характеристик процесса при расчете деформирующих элементов на прочность, при расчете контактных давлений, при оценке качества полученных деталей и применения технологических смазок и т.д. Геометрическая ширина контакта инструмента с изделием определяется по формуле; о= - , . (2.1) 2 sma где: аф - фактический натяг на деформирующий элемент, равный разности диаметров деформирующего элемента по цилиндрической ленточке с учетом его упругой деформации под нагрузкой и деформации отверстия обрабатываемой втулки; а - угол наклона образующей рабочего элемента.
Фактическая длина контакта инструмента с изделием за счет наличия впереди инструмента зоны внеконтактной деформации значительно отличается от геометрической. Поэтому для определения фактической длины контакта был использован разработанный в ИСМ АН УССР наиболее удобный и точный метод, заключающийся в измерении протяженности следов, оставленных на рабочей поверхности деформирующего элемента предварительно нанесенными на внутреннюю поверхность абразив содержащими пятнами [31, 32] (Рис.2.6.) В опытах был использован алмазный микропорошок АСН 28/20, который закреплялся на внутренней поверхности внутренних втулок при помощи клея БОР-2. Втулки внутреннего слоя с нанесенными абразивосодержащими пятнами подвергались сушке в течение 24 часов при комнатной температуре. Перед нанесением алмазсодержащих пятен внутреннее отверстие двухслойной втулки подвергалось покрытию изолирующим материалом, нейтральным к щелочам, например лаком АК-20,
Как показано в работе [32], длина царапин на рабочей поверхности деформирующих элементов может значительно превышать фактическую длину контакта за счет выступания абразивных зерен над обрабатываемой поверхностью. Поэтому внутренние заготовки предварительно обрабатывались двумя деформирующими элементами с натягами 0,05 мм. В результате чего нанесенные алмазы утапливаются в обрабатываемую поверхность втулки.
После ДП двухслойной заготовки производилось измерение длины царапин на инструменте при помощи микроскопа БМИ-1 .Полученные значения длины контакта на внутреннем слое используются при расчетах контактных давлений между инструментом и заготовкой - q. Для двухслойных заготовок ширина контакта определяется для внутреннего слоя. Изменение длины контакта при деформирующем протягивании многослойных заготовок качественно подчиняется тем же закономерностям, что и при обработке однослойных заготовок [31, 32].
Определение коэффициента трения f. Основным параметром деформирующего протягивания двухслойных заготовок является коэффициент трения. Были созданы ряды методик, использующие косвенные методы и аналитические зависимости для определения коэффициента трения [2, 31, 32, 51, 55].
Проверка методик приводит к противоречивым результатам и большим погрешностям. В ИСМ АН УССР разработаны эффективные методы, позволяющие экспериментально определять коэффициент трения при деформирующем протягивании однослойных и двухслойных заготовок, основанные на измерении силы протягивания и радиальной силы тензометрическими устройствами непосредственно в процессе протягивания[32].
Коэффициент трения рассчитывается таким образом. Из условия равновесия сил (рис.2.7.), действующих на деформирующий элемент, коэффициент трения равен: где Q- осевая сила протягивания; F-сила трения; р- радиальная сила, действующая на деформирующий элемент.
Положения основаны на методике, изложенной в работах [2, 32, 47]. Первое положение заключается в том, что твердые смазки, применяемые при деформирующем протягивании имеют постоянную удельную силу трения, которая определяется свойствами смазки. Второе положение заключается в том, что величина радиальной силы не зависит от условий, влияющих на трение, т.е. смазки и вида материала, используемого в инструменте. Сущность методики состоит в установлении взаимосвязи между изменением условий трения и изменением силы протягивания. Необходимо создать условия, когда радиальная сила при раздаче нескольких втулок с различными условиями трения, определяемыми различными инструментальными материалами и смазками сохраняется одинаковой. Твердые смазки, обеспечивающие до определенного контактного давления локализацию сдвиговых деформаций в смазочном слое имеют постоянную и независящую от условий трения удельную силу трения. В экспериментах использовалась твердая смазка M0S2 с постоянным напряжением трения ts = 65,5МПа.
Теоретическая модель раздачи однослойной заготовки в условиях нестесненной осевой деформации с учетом сил трения об инструмент
Рассмотрим инженерную модель, учитывающую влияние сил трения на изменение размеров заготовки и на энергетику процесса. Как будет показано ниже, такая модель хорошо соответствует условиям деформирования наружных слоев многослойной заготовки.
Отметим, что такая модель теоретически соответствует деформирующему протягиванию инструментом с очень малым углом конусности инструмента. Рассмотрим эту модель (рис. 3.3) в двух вариантах -рис.3.3 а и рис.3.3 б.
Первый вариант соответствует реальной схеме деформирующего протягивания, а второй - схеме самоуравновешенных сил контактного трения при равномерной симметричной раздаче, что имеет место при деформировании наружного слоя. Вариант - б. лучше соответствует условиям деформирования отдельных слоев многослойной заготовки, а вариант - а. - однослойной. Ниже будет показано, что с позиции интегральных энергетических параметров процесса эти две схемы неэквивалентны, и они дадут неодинаковые результаты по таким параметрам процесса, как работа раздачи Ар, работа сил трения Атр, изменение длины AL и толщины стенки At заготовки. При этом работа пластических деформаций для обеих схем будет одинаковой.
Рассчитаем работу сил трения. Сила трения, действующая на бесконечно малой цилиндрической контактной площадке шириной dz (рис.3.3), равна: Осевое перемещение w на поверхности трубы для схемы рис.3.3,а является линейной функцией координаты z: Аналогичная формула получается и для перемещений сечений для схемы рис. 3.3.,6, для которой начало координат Zпомещено по середине длины заготовки. Тогда дифференциал работы трения равен
Как видно, работа трения при раздаче по схеме рис.3.4,а в два раза больше работы раздачи по схеме рис.3.4,б. В связи с этим возникает вопрос о выборе той или другой расчетной схемы. При обработке однослойной заготовки силы трения между инструментом и заготовкой все время направлены в одну сторону, т.к. скольжение инструмента относительно заготовки также одностороннее. В этом случае нужно пользоваться схемой рис.3.3.,а. Как будет показано ниже, при деформирующем протягивании двухслойных заготовок, проскальзывание отдельных слоев друг относительно друга лучше соответствует схеме рис.3.3.,6. Поэтому для наружного слоя двухслойной заготовки более приемлема схема рис.3.3.,б
В выражении (3.17) Лр ,в соответствии со схемой рис. 3.3.,6, является работой, которую совершают контактные давления, распределенные по всей контактной поверхности площадью 2TI re L0. Если за qflnrt L0 принять соответствующую обобщенную силу, то бесконечно малому приращению ив соответствует обобщенное перемещение, равное изменению объема отверстия: dV = 2%reLQdue, (3.21) на котором совершится работа: Ия» qdV = q2xreLadu, = 2яг,ія qdu,, (3.22) Отсюда: 1 dA 2л- r L da. « о где, как указано выше, Арт рассчитывается по (3.3.), то есть без учета сил трения. В результате получаем зависимость Арт от ив, для которой можно построить соответствующий график Арпд = р(ие) (рис.3,4). dA Производную —= можно определить например, графически (рис. 3.4), или dut методом конечных разностей: dAp _ f» И 24) due Дм, для чего по предложенной методике рассчитываются две А для, гв и г, + drt = гв + див. Величина текущего значения q определяется по (3.23). Далее, для данного расчетного шага приращений всех параметров раздачи рассчитывается касательное напряжение г = /?. Коэффициент трения зависит от величины q и определяется зксперимеїпапьно по методике [126]. При небольших степенях раздачи можно принять, что / = const. При трении стальной заготовки по твердосплавному инструменту при наличии технологической смазки, можно принять [8, 32, 36], что / 0,07 .
Для втулок из стали 45 для случаев, представленных на рис.3.2 и рис.3.3, были выполнены расчеты по разработанной методике с использованием зависимости (3.22). Результаты расчетов представлены на этих же рисунках пунктирной линией.
Как видно учет сил трения заготовки об инструмент дает результаты, лучше соответствующие экспериментальным данным по изменению размеров заготовок в процессе обработки, чем результаты, полученные без учета трения. Удовлетворительное совпадение расчетных и опытных данных позволяет рекомендовать разработанную методику равномерной раздачи трубы в условиях нестесненной осевой деформации с учетом сил трения для технологических расчетов при проектировании операции деформирующего протягивания однослойных заготовок. Данную модель используем в дальнейшем, для создания расчетной схемы раздачи многослойных заготовок.
Исследование влияния технологических параметров процесса на изменение длины многослойных заготовок
Из условия несжимаемости материала заготовки это возможно, если происходит не укорочение, а удлинение внутреннего слоя, что и имеет место на практике. При этом энергетический выигрыш от уменьшения степени раздачи массивного наружного слоя превышает дополнительные энергетические затраты на увеличение длины внутреннего слоя.
Также были проведены сравнительные эксперименты. Исходный внутренний диаметр всех втулок был равен d0 = 38 мм, суммарная толщина стенки составляла (0 — f01 + /02 =8 мм, заготовки состояли из двух втулок одинаковой длины. Двухслойные втулки длиной LQ = 50; 100; 200 мм подвергались деформирующему протягиванию до диаметра d = 42 мм. Втулки были изготовлены из Стали 45. Суммарная толщина стенки составляла 2ґ0/(і0=0,21; 0,42; 0,84 мм.
Суммарная деформация ]Га составляла 4 мм и выполнялась либо двадцатью деформирующими элементами с натягом 0,2 мм, либо десятью с натягом 0,4мм, либо пятью элементами с натягом 2 мм. Также производилась раздача заготовок группами колец по 2, 3, 4, 5 штук с натягом на элемент 0,2мм. Общая картина, наблюдаемая в процессе раздачи, такова. При обработке двухслойной втулки группами элементов с натягами на каждый единичный элемент с натягами 0,2; 0,4; 0,8 мм происходит укорочение наружной втулки и удлинение внутренней рис.4.7. Технология изготовления двухслойных заготовок описана в разделе 2. В результате исследований выявлено, что при относительной суммарной толщине стенки 2t0/d0 =0,42 мм при обработке единичными кольцами с деформацией на кольцо до 4% происходит удлинение внутренней втулки и укорочение наружной.
На рис. 4.8. приведена экспериментальная зависимость осевой деформации двухслойных втулок от степени деформации с относительной толщиной стенки 0,21мм. Соотношение толщин слоев составляло: - - = 0,25; 0,5,1; 1,33. Натяг на деформирующий элемент составлял 0,4мм. Как видно, при обработке двухслойной втулки происходит укорочение наружной втулки и удлинение внут ренней. Причем с увеличением толщины внутреннего слоя по отношению к наружному (Г[/ 2), внутренний из состояния удлинения переходит в укорочение, а интенсивность укорочения наружного слоя при этом увеличивается. На рис. 4.9. приведена экспериментальная зависимость осевой деформации двухслойной втулки от степени деформации, с относительной толщиной Ъ t стенки — = 0,84 мм. Соотношение толщин слоев составляло; — = 0,25; 0,5; 1; 1,33. Исследования показали, что имеет место аналогичное (рис.4.8) изменение параметров двухслойной втулки: укорочение наружной втулки и удлинение внутренней.
На рис.4.10 приведена экспериментальная зависимость относительного удлинения слоев от деформации двухслойных втулок из различных материалов: Сталь 10; Сталь20; Армко-железа. Соотношение толщин слоев составляло: г, = t2 = 4 мм. Обработка производилась единичными элементами с деформацией на кольцо до 6%. Натяг на деформирующий элемент составлял 0,4мм. Как видно, характер и величина осевых деформаций внутреннего и наружного слоев при неизменных технологических условиях практически не зависит от рода материала заготовки. При большом натяге на один деформирующий элемент (а = 2мм) происходит укорочение как наружной, так и внутренней втулки, как показано на рис. 4,11 и 4.12. Причем, внутренняя втулка укорачивается менее интенсивно. Во всех случаях на торцах обрабатываемых заготовок образуется ступенька, что видно на фотографии (рис.4.12).
Если при обработке единичными элементами внутренняя втулка удлинялась при натяге на кольцо до 4%, то при обработке группой уже из 2-х колец (с натягом на кольцо 0,2 мм, т.е. суммарная деформация 0,6мм или 1,6% на группу) наблюдалось укорочение как наружной, так и внутренней втулок (рис. 4.13). В дальнейшем эта тенденция сохраняется и при обработке группой из 4-х и 5-ти колец (рис.4.14). Таким образом, эксперименты качественно подтвердили явление удлинения внутреннего слоя (в противоположность постоянному укорочению наружного).
Однако качественно расчетная и экспериментальная величина изменения длины внутреннего и наружного слоев не совпадают. Объясняется это тем [36], что в локальной зоне непосредственного контакта инструмента с заготовкой напряженно- деформированное состояние материала изделия существенно отличается от схемы равномерной раздачи. В частности, величина контактных давлений между инструментом и заготовкой может существенно превышать величину внутреннего давления при равномерной раздаче (автофретировании). Можно также сказать, что описанные выше различия между расчетными и экспериментальными данными для внутреннего слоя, подтверждают, что в зоне контакта НДС заготовки отличается от схемы автофретирования. Однако наблюдается удовлетворительное соответствие экспериментальных и расчетных данных по укорочению слоев наружного слоя заготовки. Это позволяет рекомендовать разработанную расчетную модель для использования в технологической практике - правильного выбора размеров двухслойной заготовки в целом. Действительно, в большинстве практических производственных случаев основным параметром, определяющим качество обработки с точки зрения геометрической точности размеров втулок, является изменение длины именно наружного слоя, который всегда укорачивается. Если это укорочение превышает определенный допуск на обработку, то изделие получит неисправимый брак. А если внутренний слой получит «лишнее» удлинение, то эту погрешность, всегда можно исправить дополнительной подрезкой торцов. Кроме того, как показано в работе [36], браковочные признаки в виде трещин появляются на наружной поверхности обрабатываемой заготовки, там, где схема НДС приближается к схеме автофретирования. То есть работающую модель можно использовать и для прогнозирования качества обработки по параметру ресурса использованной пластичности.
