Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ТЕХНОЛОГИИ РОТАЦИОННОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ (ОБЖАТИЯ) ЗАГОТОВОК НА ТРЕХВАЛКОВЫХ СТАНАХ В ПРОЦЕССЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТРУБ 10
1.1. Общие сведения 10
1.2. Особенности ротационного выдавливания 22
1.2.1. Основные положения и терминология 22
1.2.2. Факторы, влияющие на характер процесса пластического деформирования в условиях РВ цилиндрических изделий 22
Выводы по первой главе 37
Постановка цели и задач исследований 38
ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА РОТАЦИОННОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ ПОЛЫХ ЗАГОТОВОК НА ТРЕХВАЛКОВЫХ СТАНАХ 39
2.1. Анализ сущности ротационного выдавливания 39
2.2. Постановка задач теоретических исследований 43
2.3. Определение формы и размеров очага пластической деформации в процессе РВ трубчатых изделий (цилиндрической формы) на трёхвалковых станах 44
2.3.1. Определение длины - 10Ч очага пластической деформации 46
2.3.2. Определение ширины - Ьоч очага пластической деформации 53
2.3.2.1. Определение ширины - Ьоч1 (ширина ОПД первая зона) 54
2.3.2.2. Определение размеров второй зоны в продольном направлении очага пластической деформации - и ее влияние на шероховатость поверхности изделия 55
2.4. Выводы по результатам исследования очага пластической деформации (ОПД) 61
2.5. Общая характеристика напряженно-деформированного состояния заготовки в условиях прямого и обратного РВ 64
2.6. Исследование глубины обжатия заготовки предыдущим роликом на подачу для последующих при ротационном выдавливании труб на трехвалковых станах 67
2.6.1. Общие соображения 67
2.6.2. Методики определения приращения значений подач перед вторым и третьим роликами 69
2.7. Расчет удельных деформирующих сил, скручивающего момента и мощности привода 77
Выводы по второй главе 102
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА РОТАЦИОННОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ 103
3.1. Задачи экспериментальных исследований 104
3.2. Методика проведения экспериментальных исследований
3.2.1. Материалы и образцы для проведения исследований
3.2.2. Экспериментальная оснастка - рабочий инструмент
3.2.3. Оборудование и измерительные инструменты 112
3.3. Предварительные эксперименты 113
3.3.1. Проведение предварительных экспериментов 114
3.3.2. Анализ результатов. Влияние факторов - Vs поп, 5 на точность размеров, шероховатость поверхности, величину наплыва и др. в процессе РВ 118
3.3.3. Обсуждение результатов 127
3.3.4. Выводы и рекомендации 129
3.4. Планирование экспериментальных исследований 131.
3.5. Определение механических характеристик металла 149
3.5.1. Испытания на твёрдость 149
3.5.2. Испытания на растяжение 158
3.6. Экспериментальные исследования характера течения металла 167
3.6.1. Методика. Проведение исследований 168
3.6.2. Обработка результатов и их анализ 174
3.7. Экспериментальные исследования макроструктуры металла 176
3.8. Исследование характера деформирования заготовки на контактной поверхности с оправкой в процессе РВ 181
Общие выводы и рекомендации 183
Литература 187
Приложения 190
- Факторы, влияющие на характер процесса пластического деформирования в условиях РВ цилиндрических изделий
- Анализ сущности ротационного выдавливания
- Задачи экспериментальных исследований
Введение к работе
Актуальность работы. Современная промышленность широко использует оболочки в виде тонкостенных трубчатых деталей, к которым предъявляют высокие требования по качеству, точности размеров, уровню механических характеристик и шероховатости поверхности.
Один из способов обработки металлов давлением для изготовления тонкостенных трубчатых оболочек деталей нашел процесс ротационного выдавливания (РВ) на трехвалковых станах. Этот процесс характеризуется локализацией очага пластической деформации и занимает значительное место при производстве деталей типа тел вращения.
На протекание процесса ротационного выдавливания тонкостенных оболочек влияют многие факторы, которые можно разделить на технологические и конструкторские. Эти факторы М017Т оказать существенное влияние на результаты процесса ротационного выдавливания (точности размеров, силовые и деформационные параметры).
В работах, относящихся к исследованию РВ, редко встречаются теоретические и экспериментальные, в которых рассматривают взаимодействие трех роликов и их влияние на результаты .
В связи с этим проведение теоретического анализа и экспериментальных исследований процесса РВ тонкостенных труб на трехвалковых станах с учетом влияния различных фактоР0П (технологические и конструкторские) и их взаимодействия, представляет актуальную научно-техническую задачу, решение которой позволит существенно улучшить технологический процесс ротационного выдавливания и качество изготавливаемых изделий.
Цель работы: решение научно - технической" задачи, состоящей в теоретическом и экспериментальном исследовании процесса РВ тонкостенных трубчатых оболочек с утонением при использовании трехвалковых станов и разработке методики определения (выбора) конструкторско - технологических факторов, обеспечивающих ротационное выдавливание труб с заданными эксплуатационными характеристиками.
Для достижения поставленной цели необходимо решить'следующие задачи:
разработать методику определения энергосиловых параметров ротационного выдавливания тонкостенных труб;
установить влияние конструкторско - технологических факторов на качество изготавливаемых труб ротационным выдавливанием на трехвалковых станах.
установить влияние степени утонения металла стенки заготовки на
механические характеристики изделия;
установить характер течения металла и определить рациональные степени (глубины) обжатия первым и последующими роликами.
Научная новизна: , .
получены основные уравнения и необходимые соотношения для
анализа скоростей течения металла в очаге пластический деформации (в
продольном, радиальном и окружном направлениях); "
предложена методика экспериментального определения характера течения металла в процессе РВ тонкостенных труб;
установлено влияние факторов процесса РВ (межосевое расстояние между роликами, осевая подача, скорость вращения оправки и размеры роликов и оправки) на параметры процесса;
установлены характеристики очага пластической, деформации и определены факторы, влияющие на них в зависимости от технологических режимов обработки и .основных параметрої деформирующего инструмента. ., ' .
Автор защищает:
основные уравнения и соотношения,;необходимые для исследования процесса течения металла в процессе ротационного выдавливания тонкостенных трубчатых оболочек с утонением на трехвалковы» станах;
определение влияния различных факторов процесса РВ на качестве изготавливаемых изделий;
математический анализ влияния факторов процесса РВ на основанш результатов экспериментальных исследований;
методику определения течения металла с учетом влияния каждогс ролика;
методику определения энергосиловых параметров.
Методы исследования. Теоретическое исследование выполнено для разработанной расчетной модели процесса на основе инженерного мстодг с использованием положений теории верхней оценки.
Экспериментальные исследования проведены с использование* современных испытательных устройств, машин и регистрирующее аппаратуры.
В результате определены механические характеристик! деформируемого металла и влияние технологических и конструкторски? факторов при использовании трехвалковых станов в процесса; предварительных и планированных экспериментов для разных магериалої и деформирующих инструментов..
Достоверность результатов обеспечена обоснованным
использованием основных допущений и ограничений теоретических исследований - метода верхней оценки энергосиловых параметров, корректностью постановки, применением известных математических методов статистики при планировании экспериментов и обработке их результатов, оценкой адекватности расчетных моделей реальным процессом; сходимостью данных расчета и эксперимента.
Практическая значимость и реализация работы. На основе теоретических исследований предложена методика расчета глубины обжатия заготовки, деформирующих сил и энергосиловых параметров привода. Результаты экспериментальных исследований позволяют оценить качество изготавливаемых изделий и режимов обработки на стадии проектирования без проведения каких-либо наладочных работ.
Использование результатов исследований позволит ускорить сроки подготовки производства и улучшить качество изделий (точность размеров, шероховатость поверхности и механические характеристики).
Результаты исследований использованы в учебном процессе (курсовое проектирование и лабораторные работы), будут на машиностроительных предприятиях в Сирии и металлургических заводах России.
Апробация работы. Результаты работы доложены и обсуждены на научных семинарах кафедры «Технологии обработки давлением» Московского государственного технического университета (МГТУ) им. Н. Э. Баумана.
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликованы 3 печатные работы.
Структура и объема диссертации: диссертация состоит из общей характеристики работы, трех глав, общих выводов, списка литературы и приложения. Работа выполнена на 192 страницах машинописного текста/ содержит 120 рисунков, 17 таблиц и список литературы из 22 наименований.
Факторы, влияющие на характер процесса пластического деформирования в условиях РВ цилиндрических изделий
Факторы, ограничивающие величину окружной скорости вращения шпинделя, - мощность главного привода машины, жёсткость системы машина - деталь - инструмент; диаметр, длина и вес оправки и требуемая величина подачи, определяемая по выражению (1.4). Заметим, что с увеличением частоты оборотов, качество поверхности изделия по шероховатости улучшается и снижается сила, необходимая для продольного перемещения заготовки.
При неправильно выбранной частоте оборотов шпинделя может возникнуть вибрация оправки, следствием проявления которой образование спиральных волн на поверхности изделия, а также резкое повышение нагрузок на подшипники шпинделя. Для различных условий обработки частоту оборотов шпинделя выбирают в интервале окружных скоростей (100..330) м/мин
При РВ очаг пластической деформации (один или несколько) формируется на узком кольцевом участке в области заготовки, расположенной под контактной поверхностью. В этой области происходит течение металла, (рис. 1.15). Согласно рис. 1.15 наибольшее влияние на размеры ОПД оказывают размеры ролика (передний угол а0, радиус скруглення гребня R, наружный диаметр Dp), подача на один оборот роликов/(мм/об), величина обжатия 5 и др.
В работе [11] приведена геометрическая модель расчёта ширины контактной поверхности (очага деформации) при винтовой прокатке с учётом овализаций, накатки и упругих деформаций валка и заготовки по формуле А.И. Целикова.
Анализ сущности ротационного выдавливания
В качестве деформирующего инструмента при РВ используют ролик (валок), рабочая поверхность которого представляет две конические поверхности (передняя и задняя). Пересечение этих поверхностей скруглено определенным радиусом R (радиус скруглення ролики). Образующие этих поверхностей составляют с осью обрабатываемой заготовки (оправки) углы, которые называют передним а и задним Р соответственно.
Форма и размеры очага пластической деформации (ОПД) расположена между контактными поверхностями ролика с заготовкой ("пятно контакта") и оправки с заготовкой. Размеры ОПД малы по сравнению с размерами заготовки, поэтому принято считать такое пластическое деформирование локальным (местным). Поскольку ролик обкатывает заготовку, то ОПД перемещается в заготовке в направлении, определяемом направлениями перемещения вращающихся роликов в окружном направлении и заготовки в продольном (вдоль ее оси).
В результате такого взаимодействия рабочего инструмента (ролика) и заготовки происходит пластическое деформирование последней. Необходимо создать такие условия деформирования, чтобы течение металла в результате обжатия (уменьшения толщины стенки трубы) происходило вдоль ее оси. Рис. 2.1 и рис. 2.2 представляют общий вид и проекция ОПД).
Задачи экспериментальных исследований
На основании литературного обзора процесса РВ можно сделать вывод о ,том, что количество публикаций об этом процессе значительно меньше в сравнении с другими способами обработки металлов давлением.
Для достижения постановленной цели, необходимо рассмотреть процесс выдавливания с использованием экспериментальных методов исследований позволяющих получить результаты, которые позволят объяснить всю сложность процесса обработки, дать возможность оценить влияние разных факторов на процесс деформации и их взаимодействие.
Как указано выше, необходимо провести серии экспериментов для решения следующих задач: - определение оптимальных значений нескольких параметров и факторов, включающих технологические и конструкторские, при проведении натурных экспериментов, а также возможности использования результатов (математических моделей) для разработки технологии изготовления изделий методами РВ, обеспечивающей улучшение качества; - установление механических характеристик металла в зависимости от условий деформирования на разных стадиях проведения процесса РВ при испытании на растяжение и измерение твёрдости; - определение формы и характера кинематики течения металла в процессе ротационного выдавливания в холодном состоянии, а также построение их полей в разных сечениях трубы до, после и в самом очаге пластической деформации.
