Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследования 12
1.1. Технологии повышения износостойкости инструментов 12
1.2. Технологическое оснащение при реализации пластического деформирования осадкой и осадкой с кручением длинномерных цилиндрических заготовок 28
1.3. Выводы и задачи исследования 42
Глава 2. Напряженно-деформированное состояние и устойчивость при пластической осадке, осадке с кручением и осадке после кручения длинномерных цилиндрических заготовок 44
2.1. Устойчивость при осадке длинномерных цилиндрических заготовок44
2.2. Напряженно-деформированное состояние и устойчивость при осадке с кручением длинномерных цилиндрических заготовок в условиях монотонного нагружения 50
2.3. Напряженно-деформированное состояние и устойчивость заготовок при осадке после кручения в условиях немонотонного нагружения 63
2.4. Выводы 73
Глава 3. Разработка конструкций технологической оснастки для реализации осадки с кручением длинномерных цилиндрических заготовок 76
3.1. Разработка конструкции штампа и определение его основных конструктивных параметров 76
3.2. Разработка конструкции упругого элемента штампа и определение поперечной поддерживающей нагрузки 89
3.3. Штамп двустороннего действия для пластической осадки с кручением длинномерных заготовок 97
3.4. Выводы 104
Глава 4. Экспериментальное исследование влияния степени пластического деформирования на стойкость инструментов в условиях предварительной механо-термической обработки (ПМТО) 105
4.1. Экспериментальное определение кривой упрочнения (течения) для сталей 9ХС и ХВГ 105
4.2. Технология ПМТО инструментальных легированных сталей 109
4.3. Исследование влияния степени пластического деформирования заготовок на стойкость инструментов в условиях ПМТО 115
4.4. Выводы 138
Глава 5. Внедрение результатов исследований 139
5.1. Анализ существующего технологического процесса изготовления инструментов из инструментальных сталей 9ХС и ХВГ 139
5.2. Разработка технологии изготовления осевого инструмента с повышенными эксплуатационными свойствами осадкой и осадкой с кручением в условиях ПМТО 142
5.3. Выводы 150
Основные выводы и результаты работы 151
Список использованных источников
- Технологическое оснащение при реализации пластического деформирования осадкой и осадкой с кручением длинномерных цилиндрических заготовок
- Напряженно-деформированное состояние и устойчивость при осадке с кручением длинномерных цилиндрических заготовок в условиях монотонного нагружения
- Разработка конструкции упругого элемента штампа и определение поперечной поддерживающей нагрузки
- Технология ПМТО инструментальных легированных сталей
Введение к работе
Актуальность темы. Использование в авиационных конструкциях высокопрочных и труднообрабатываемых сталей и сплавов требует применения в металлообработке инструментов, которые обладают высокими эксплуатационными свойствами. В настоящее время наряду с использованием износостойких покрытий для повышения стойкости инструментов перспективным направлением является применение механо-термической обработки для изготовления инструментов с высокими эксплуатационными свойствами. В связи с этим пластическая осадка после кручения в условиях немонотонного нагружения может быть эффективно использована при разработке новых технологий изготовления инструментов из длинномерных цилиндрических заготовок проката.
Для обоснования и реализации нового способа обработки давлением с использованием пластической осадки с предварительным кручением необходимо иметь решения соответствующих задач и конструкцию штамповой оснастки для пластического деформирования длинномерных цилиндрических заготовок без искривления. Необходимо разработать термомеханический режим обработки длинномерных заготовок проката из инструментальной стали и разработать комплексную технологию изготовления осевого инструмента. Работа выполнена по договору о содружестве Воронежского государственного технического университета (ВГТУ) с Воронежским акционерным самолётостроительным обществом (ВАСО), в соответствии с планом госбюджетной НИР Г.Б.2001.02 "Автоматизированное проектирование и оптимизация технологических операций и элементов конструкций" кафедры ''Прикладная механика" Воронежского государственного технического университета.
Тема работы включена в основное научное направление ВГТУ "Компьютерная механика и автоматизированные системы проектирования технологий и конструкций машиностроения и аэрокосмической техники".
Цель работы. Разработка процессов и определение параметров изготовления осевого инструмента из длинномерных заготовок проката на основе немонотонного пластического деформирования, проектирование комплексной технологии изготовления инструментов с высокими износостойкими свойствами, а также создание научно обоснованных рекомендаций для проектирования штамповой оснастки.
Для достижения указанной цели в работе были поставлены и решены следующие задачи.
1. Исследовать технологические возможности процесса пластической осадки после кручения на основе немонотонной пластической деформации и разработать методику расчета поддерживающей нагрузки, позволяющей деформировать длинномерные цилиндрические заготовки из упрочняющегося материала без продольного изгиба.
2.Разработать конструкцию оснастки для реализации пластической осадки после кручения длинномерных заготовок без потери продольной устойчивости и соответственно методику расчета ее основных конструктивных параметров.
3.Исследовать влияние пластического деформирования заготовок осадкой после кручения на износостойкость инструментов в условиях механо-термической обработки.
4. Разработать комплексную технологию изготовления осевых инструментов.
5.Внедрить результаты исследований в промышленность и учебный процесс.
Научная новизна.
-
Исследовано напряженно-деформированное состояние длинномерных цилиндрических заготовок в условиях немонотонного деформирования при пластическом сжатии после кручения на основе модели Г.Бакхауза.
-
Установлено, что в условиях немонотонности процесса пластической осадки после кручения, деформирующее усилие снижается по сравнению с деформирующим усилием только при чистой осадке.
3.Исследована устойчивость длинномерных заготовок при пластической осадке после кручения, которая анализировалась на основе критерия положительности суммарной работы добавочных нагрузок с учётом немонотонности процесса и упрочняемости деформируемого материала.
-
Разработан термомеханический способ обработки длинномерных заготовок проката, заключающийся в холодной пластической деформации таких заготовок, дорекристаллизационном нагреве с целью стабилизации деформированной структуры и последующей окончательной термической обработке.
-
Разработан эффективный способ пластической деформации заготовок, заключающийся в осадке после кручения до оптимальных степеней деформации, позволяющий повышать эксплуатационные свойства инструментов (патент РФ №2215795).
-
Установлено оптимальное соотношение между сдвиговыми и линейными деформациями, которое определяет максимальное повышение стойкости инструментов из сталей 9ХС и ХВГ.
7.Определены оптимальные степени пластической деформации заготовок, при которых стойкость инструментов максимальна (патент РФ №2252269).
8. Разработана новая технологическая схема штампа (патент РФ №2231039) и штамп, который позволяет реализовать пластическую осадку после кручения без продольного изгиба осаживаемой заготовки и создана методика расчета его конструктивных параметров.
Практическая значимость работы.
1. Экспериментальные исследования позволяют обоснованно выбирать
степень формоизменения исходной заготовки и пропгозировать высокие эксплуатационные свойства инструмента.
-
Использование разработанной математической модели описывающей поведение длинномерной заготовки при пластической деформации без потери устойчивости, позволяет определять конструктивные параметры специального штампа.
-
Разработанный технологический процесс, заключающийся в пластической осадке длинномерных заготовок с наложением кручения, дорекристаллизационном нагреве и полной последующей термической обработке, позволяет повысить стойкость различных видов осевого инструмента из сталей 9ХС и ХВГ в 2-2,5 раза, за счёт создания определённой микроструктуры в заготовках проката.
-
Разработанная комплексная технология изготовления осевого инструмента пластическим деформированием в условиях механо-термической обработки, прошла промышленные испытания при изготовлении двухсторонних концевых фрез и гладких калибров из инструментальных сталей 9ХС и ХВГ. В настоящее время разработанная технология внедрена в производство на ВАСО. Годовой экономический эффект от внедрения данной технологии составил 93 тыс. рублей.
-
Технология пластической осадки после кручения используется в учебном процессе по специальности 130100 «Самолето - и вертолетостроение».
Методы исследований. Аналитические методы исследования выполнены на основе энергетического критерия устойчивости. Эксперименты проводились на прессе П6328Б и на испытательной машине КМ-50 с использованием современной измерительной аппаратуры. Конструкция штамповой оснастки разрабатывалась с применением методов теории машин и механизмов. Обработка опытных данных осуществлялась с применением методов математической статистики с использованием ЭВМ IBM PC.
Достоверность результатов исследований обеспечена обоснованным использованием теоретических зависимостей, допущений и ограничений, корректностью постановки задач, использованием современных надёжных и эффективных методов исследования и подтверждается качественным и количественным согласованием результатов расчёта с экспериментальными данными, полученными как лично автором, так и другими исследователями. Научные положения и практические результаты подтверждены опытно-промышленными испытаниями изготовленных инструментов и тремя патентами РФ на изобретения.
Апробация работы. Результаты исследований доложены на
Международной научно-технической конференции "Прикладные задачи
механики и тепломассообмена в авиастроении" (Воронеж, 2000):
Всероссийской научно-технической конференции "Прикладные задачи
механики и тепломассообмена в авиастроении (Воронеж, 2001, награждена
дипломом); Международной научно-технической конференции
"Авиакосмические технологии" (Воронеж, 2002); Международной научно-технической конференции "Авиакосмические технологии" (Воронеж, 2003); Международной научно-технической конференции "Механика пластического формоизменения. Технологии и оборудование обработки материалов давлением" (Тула, 2004); 5-м Всероссийском Форуме «Интеллектуальные ресурсы регионов России» (Ярославль, 2004, награждена дипломом ЦНТИ); 5-м Московском международном салоне инноваций и инвестиций (Москва, 2005, награждена бронзовой медалью ВВЦ), а также на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ВГТУ (Воронеж, 2000-2005).
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 16 научных работ (включая 3 патента на изобретение), в том числе 4 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
В патентах [5, 6, 7] согласно закону РФ «Об интеллектуальной собственности» каждый автор имеет равные права на изобретение. В работах опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата лично соискателю принадлежит: [1, 9] - разработана технология механо-термической обработки для инструментальных сталей; [2] - представлена технологическая схема предварительной механо-термической обработки; [4] - разработана методика проведения эксперимента; [8] - установлена зависимость стойкости от степени деформации для инструментов из стали Р6М5; [10] - проведён анализ влияния карбидной неоднородности на износостойкость; [13] - проведён анализ влияния холодной пластической осадки с кручением, на структурное состояние стали; [15] - разработана модель для определения минимального влияния поддерживающей нагрузки в момент потери заготовкой устойчивости; [16] -разработана математическая модель для расчета поперечной нагрузки при пластической осадке с кручением длинномерных заготовок.
В патентах [5, 6, 7] согласно закону РФ «Об интеллектуальной собственности» каждый автор имеет равные права на изобретение. В работах опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата лично соискателю принадлежит: [1, 9] - разработана технология механо-термической обработки для инструментальных сталей; [2] - представлена технологическая схема предварительной механо-термической обработки; [4] - разработана методика проведения эксперимента; [8] - установлена зависимость стойкости от степени деформации для инструментов из стали Р6М5; [10] - проведён анализ влияния карбидной неоднородности на износостойкость; [13] - проведён анализ влияния холодной пластической осадки с кручением, на структурное состояние стали; [15] - разработана модель для определения минимального влияния поддерживающей нагрузки в момент потери заготовкой устойчивости; [16] -разработана математическая модель для расчета поперечной нагрузки при пластической осадке с кручением длинномерных заготовок.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, основных результатов и выводов, списка литературы из 78 наименований и
приложения. Материал изложен на 161 странице, содержит 71 иллюстрацию и 26 таблиц.
Автор выражает глубокую благодарность кандидату технических наук доценту АА.Воропаеву за оказанную помощь при выполнении работы, критические замечания и рекомендации.
Технологическое оснащение при реализации пластического деформирования осадкой и осадкой с кручением длинномерных цилиндрических заготовок
Формообразование заготовок пластической осадкой с кручением на этапе изготовления инструмента в условиях ПМТО относится к наиболее прогрессивной технологии, позволяющей изготовить инструмент с повышенными эксплуатационными характеристиками [25,26].
Исследованию напряжённо-деформированного состояния и разработке методов оценки энергосиловых параметров при пластической осадке с кручением посвящены работы Я.М.Охрименко [44], Е.П.Унксова [45], Н.Я.Тарнавского [46], Л.А.Шофмана [47], Э.Зибеля [48], В.А.Огородникова [49], К.Н.Шевченко [50], Д.В.Хвана [52] и многих других учёных.
Известно, что процесс пластической осадки в обработке металлов давлением используется главным образом применительно к невысоким цилиндрическим заготовкам с а0 3 (ao=H0/D0; Н0-высота заготовки; Do-диаметр) с целью получения поковок в форме диска [33]. Однако в реальных условиях возникает необходимость применения указанного процесса и для деформирования длинномерных заготовок с ао 3.
В работе [29] предлагается использовать метод равномерной пластической осадки в качестве операции для исправления уже образовавшейся разнозернистой структуры в заготовке, полученной свободной ковкой. Для этого рекомендуется заготовку подвергать осадке на прессе до деформации, превышающей критическую, обуславливающую интенсивный рост зёрен в ней [30]. Отмечается также, что однородную деформацию, необходимую для образования равномерной мелкозернистой структуры по всему объёму осаживаемой заготовки, можно получить лишь при значительной высоте последней (а0 3). В связи с этим осадку длинномерных цилиндрических заготовок можно использовать и для реализации данного метода ПМТО.
На основе авторского свидетельства [31] в работе [51] представлена конструкция штампа рис. 1.1 для осуществления процесса пластической осадки длинномерных заготовок содержащего плиту 1 с направляющим выступом прямоугольной формы и центральным круглым отверстием, стальной корпус 2, разрезанный по диаметральной плоскости на две части (полукорпуса) и имеющий коническое гнездо с углом конусности р\ преходящее в цилиндрическое отверстие. На нижней торцевой поверхности плиты 1 выполнен перпендикулярно плоскости разреза в радиальном направлении прямоугольный паз, по которому устанавливаются обе части корпуса 2 по подвижной посадке на указанные выступы плиты. Основание 3, два опорных полукольца 4, поддерживающие элементы в виде секторов 5, две пары направляющих полуколец 6, нагружающая плита (пуансон) 7 и скрепляющий болт 8 с гайкой 9. Поддерживающие секторы изготавливаются разрезанием на шесть (или восемь) равных частей заготовки в виде усечённого конуса с углом конусности р и соосным отверстием диаметра D. Опорные полукольца 4 устанавливаются в кольцевых пазах корпуса 2 и служат для ограничения перемещения секторов вниз при разомкнутом состоянии полу корпусов 2. Направляющие полукольца 6 устанавливаются по подвижной посадке в кольцевых пазах секторов 5 таким образом, чтобы верхние и нижние полукольца соединяли между собой по три (или четыре) сектора, и плоскости их разъёма были совмещены с плоскостью разреза корпуса 2. Сборка штампа проводится следующим образом. Вначале заготовку 10 ставят по центру на основание 3, запрессованное в соответствующее отверстие плиты 7. Далее, переместив по последней к центру до соприкосновения с основанием 3 и заготовкой 10 полукорпуса 2 с секторами 5, скрепляют все неподвижные детали штампа с помощью вставленного в радиальные отверстия полукорпусов 2 и основания 3 болта 7 и гайки 9. Сверху на заготовку 10 ставят нагружающую плиту 7 и производят пластическую осадку заготовки силой Р на прессе.
Конструктивная идея, заложенная в рассмотренном штампе, может быть использована при проектировании механизированной технологической оснастки для осадки длинномерных заготовок. При этом вместо скрепляющего болта 8 и гайки 9 рекомендуется использовать различные виды приводных устройств для перемещения полукорпусов 2 и фиксации их в рабочем положении.
Рассмотренная конструкция штампа предусматривает реализацию пластической осадки заготовки перемещением только одной её торцевой поверхности. Конструкция штампа рис. 1.1 позволяет осаживать заготовки до относительных деформаций є«33% в условиях однородного одноосного напряжённого состояния, являющегося необходимым условием сохранения формы прямого цилиндра в осаживаемой заготовке.
Однако с целью увеличения степени деформирования заготовки за одну установку в штампе [51] предлагается конструкция, позволяющая осуществлять сжатие поковки перемещением обоих её торцов рис. 1.2. Данная конструкция более приемлемая с точки зрения разработки технологической оснастки применительно к промышленным условиям. С целью повышения производительности труда устройство должно иметь плоскость разъёма для установки заготовки в нём и съёма готовой поковки из штампа с минимальными затратами времени, что является одним из главных факторов, определяющих целесообразность внедрения новой техники в производство. На рис. 1.2 представлена конструкция предлагаемого штампа. Нижняя 1и приводная верхняя 2 с упругим элементом 3 плиты, соосно одна с другой закреплённые на нижней 1 и верхней 2 плите полу матрицы 4 и 5 и смонтированные на плите 1 по обеим её сторонам нагружающие цилиндрические штоки 6 с плоскими торцами. Привод представляет собой клиновой механизм, состоящий из клина 7, закреплённого на верхней плите 2, ползунки 8 с наклонной плоской поверхности и установленной неподвижно на плите 1 стойки 9. Кинематическая взаимосвязь указанных элементов осуществляется с помощью пружины сжатия 10 и тяги И, вставленной в цилиндрические отверстия ползунки 8 и стойки 9. Под действием пружины сжатия 10 соответствующие плоские поверхности клина 7, ползунки 8 и стойки 9, образующие между собой кинематическую пару, всегда находятся в контакте друг с другом. Для предотвращения искривления заготовки при её осадке в полуматрицах 4 и 5 устанавливаются поддерживающие секторы 12,
Напряженно-деформированное состояние и устойчивость при осадке с кручением длинномерных цилиндрических заготовок в условиях монотонного нагружения
В работе рассматриваются цилиндрические заготовки из инструментальной стали 9ХС и ХВГ с размерами ай=8, 10=140мм. и механическими характеристиками: 9ХС-А=1105Мпа, п=0,15, е0=0,003; ХВГ А=1170Мпа, п=0,14, ео-0,003. Принимаются также следующие значения коэффициентов для данных сталей: а 0=3, с0=0,01.
Тогда согласно соотношению (2.23) предельный исходный коэффициент а0 будет равен соответственно для 9ХС и ХВГ а0пр=15,7, а0пр=15,1, а минимальное значение поперечной силы соответственно будет равно Q9XC=140H, QXBr=172H.
Таким образом, знание поперечной силы Q позволяет разработать соответствующую технологическую оснастку для реализации в ней процесса пластической осадки длинномерной цилиндрической заготовки. При этом поддерживающие элементы в штампе должны обеспечивать действие необходимой поперечной силы Q.
Напряжённо-деформированное состояние длинномерной цилиндрической заготовки при осадке с кручением рассматривается как процесс монотонного нагружения. В работе компоненты тензора напряжений определяются для изотропно - упрочняющегося материала по уравнениям состояния =-- . (/,; = 1,2,3;1 -z,2-р,3- р) {121) 2 оДе) 3 є и дифференциальному уравнению равновесия + Z = 0, (2.28) dp р где Sy - компоненты девиатора напряжений; у0{е)- интенсивность напряжений. Деформирующие усилия в данной работе определялись следующими выражениями п Р = -2л\ап(е)-Ь ]-р- ір, о 3eR J (2.29) где R = R0J текущий радиус заготовки. \1-е Для определения напряжений использовалась кривая течения а„ = а0 (е) аппроксимированная соотношением Свифта в виде ап(е) = А(е„+еУ, (2.30) где А, е0, п - характеристики материала заготовки, определяемые статистической обработкой экспериментальной кривой течения. С учетом (2.29) и (2.30) деформирующие усилия равны
Осадку длинномерной заготовки предлагается реализовать при воздействии на неё, препятствующей искривлению, поддерживающей поперечной нагрузки, рассматриваемой в двух вариантах: распределенная по длине L заготовки нагрузка постоянной интенсивности q (см. рис.2.3) и сосредоточенные силы Q (см. рис.2.4) расположенные друг от друга на расстоянии /,=//(и + 1), где n-число указанных сил; / - текущая длина заготовки. Выбор расчетной схемы деформирования заготовки зависит от конструкции штампа.
Процесс пластического деформирования заготовки под действием силы Р, скручивающего момента М и поддерживающих нагрузок должен протекать устойчиво, т.е. без продольного изгиба и бочкообразования. В связи с этим возникает задача расчета поддерживающих нагрузок, обеспечивающих данные условия процесса.
Для решения этой задачи, предлагается использовать по аналогии с исследованием устойчивости пластического деформирования заготовок при действии растягивающих напряжений [58], критерий положительности суммарной работы добавочных нагрузок. Введение в формулировку критерия слова «суммарный» обосновано тем, что поддерживающие нагрузки в процессе деформирования заготовки совершают отрицательную работу, т.к. они всегда направлены в сторону, противоположную перемещению точек их приложения.
Критерий положительности суммарной работы добавочных нагрузок [58] в рассматриваемом варианте запишем в виде dPdl + dMd p + A(dQ,dq) 0. (2.33) f dP = 2n
Здесь dP,dM -приращения нагрузок; dl и d(p соответственно приращения длины осаживаемой заготовки и угла поворота концевых сечений заготовки относительно друг друга; A(dQ или dq)- работа добавочных поддерживающих сосредоточенных сил dQj или распределенных нагрузок dq.
Разработка конструкции упругого элемента штампа и определение поперечной поддерживающей нагрузки
Штамп состоит из следующих основных элементов. Корпус 1 цилиндрической формы, в котором устанавливается на радиально-упорном подшипнике 2 зубчатое колесо 3 с расчетным диаметром начальной окружности D. Для установки и нагружения заготовки 4 в зубчатом колесе установлена нижняя опора 5, выполненная в виде шлицевого вала, в нижней части которого имеется гидропоршень 20 диаметром D2. Шлицевой вал 5 свободно перемещается вертикально относительно зубчатого колеса 3. Верхняя торцовая часть шлицевого вала выполнена в виде радиально направленных насечек для предотвращения проскальзывания торца заготовки и пуансона 5.
Поддерживающие секторы 6, выполнены в виде усеченного конуса с углом конусности Д соосным отверстием диаметра d и высотой L. При этом секторы сопрягаются кинематически одновременно с заготовкой 4 по цилиндрической поверхности диаметра d и конической поверхности с обоймой 7, которая в свою очередь сопрягается с корпусом 1 по цилиндрической поверхности диаметром D . Для деформирования заготовки в осевом направлении используется нагружающий пуансон, состоящий из гидроцилиндра 8 и поршня 9 диаметром ,. Для исключения поворота гидроцилиндра 8 относительно корпуса 1, при нагружении заготовки крутящим моментом, в последнем имеется продольный паз, по которому перемещается в осевом направлении жестко закрепленный в указанном цилиндре палец 10.
В нижней части гидроцилиндра 8 устанавливается соосно с ним по прессовой посадке круглая верхняя плита 11 с радиально направленными насечками на торце для предотвращения проскальзывания заготовки и нагружающего пуансона 11.
В стенке гидроцилиндра 8 имеются соответствующие отверстия для перетекания по ним рабочей жидкости из рабочей полости в трубопроводы гидросистемы к дроссельным клапанам 18 и 19, Для создания опорной поверхности для секторов 6 между ними и зубчатым колесом 3 установлено кольцо 12 с антифрикционной прокладкой 13.
Для нагружения заготовки крутящим моментом в штампе применяется реечная передача, состоящая из двух зубчатых реек 14, находящихся в зацеплении с колесом 3, и перемещающихся в противоположных
Схема привода реечной передачи штампа направлениях по касательной к окружности диаметром D. Рейки приводятся в движение посредством гидроцилиндров 16 с поршнями 17 (рис.3.17), штоки которых жестко соединены с указанными рейками. При этом приводные гидроцилиндры установлены на планках 15, которые в свою очередь жестко закреплены на корпусе 1. Для возврата поршня 17 в исходное положение предусмотрена пружина 23.
Штамп работает следующим образом. Заготовка 4 устанавливается на нижнюю плиту 5 между конусными секторами 6 с сопрягаемой с ними обоймой 7, сверху устанавливается нагружающий пуансон 11 с гидроцилиндром 8. Через поршень 9 и гидроцилиндр 8 производится нагружение заготовки 4 на прессе силой Р. При этом в рабочей полости цилиндра 8 создается давление рабочей жидкости интенсивностью q, которая по соответствующим отверстиям в гидроцилиндре 8 и трубопроводам передается через дроссельные клапаны 18 и 19 в рабочие полости гидроцилиндров привода 16 реек 14 и в гидроцилиндр в нижней части штампа. Давление рабочей жидкости, создаваемое в гидроцилиндре 8 поршнем 9 равно (3.27) АР q = Поршни через соответствующие штоки будут перемещать указанные рейки с силой Т (рис.3.18), создавая при этом на зубчатом колесе 3 момент пары равный M = kq -D, (3.28) где к 1 - функция расхода жидкости дроссельного клапана 19 гидросистемы; D4 - диаметр рабочей полости приводных гидроцилиндров.
Таким образом, заготовка 4 будет осаживаться силой Р и скручивающим моментом М. Наличие радиально направленных насечек на торцах нижней 5 и верхней 11 плит, исключает проскальзывание между нагружающими плитами и заготовкой. Предусмотренные в штампе поддерживающие секторы 6, обойма 7 и упругий элемент 22, при соответствующем угле конусности, обеспечивают действие поддерживающей силы при потере заготовкой устойчивости.
Методика расчета жесткости упругого элемента 22 рассмотрена в п. 3.1. Проектное значение угла конусности секторов 6 определяется по соотношениям (3.18) и (3.19).
Используя разработанную конструкцию (Рис.3.16), захваты 5 и 11 перемещаются навстречу друг другу, деформируя выступающие из секторов 6 свободные концы заготовки с двух сторон. Это обстоятельство приводит к увеличению максимально достижимой степени пластической деформации сжатия за одну установку заготовки в штампе в два раза, по сравнению с деформациями, реализуемыми с помощью устройства (Рис.3.1). В связи с этим, максимальная расчетная деформация сжатия заготовки составит (Рис.3.15)
Технология ПМТО инструментальных легированных сталей
Технологические процессы производства инструментов базируются на общих принципах и закономерностях технологии машиностроения. Наряду с этим имеются специфические особенности, связанные с применением дорогостоящих и дефицитных инструментальных материалов, с обработкой заготовок высокой твёрдости и прочности, с обработкой сложных поверхностей, с высокими требованиями к точности размеров, геометрической форме и шероховатости поверхности, с особенно высокими требованиями к физико-механическим свойствам материала готового металлорежущего инструмента.
Для изготовления осевого инструмента (фрезы, свёрла, развёртки, гладкие калибры и др.) в условиях серийного производства исходной заготовкой является горячекатаный прокат круглого сечения, так как он гарантирует необходимые эксплуатационные свойства инструментов.
Стали 9ХС и ХВГ относятся к инструментальным легированным сталям, поставляемым на предприятия в виде горячекатаного прутка. Технические условия на поставку этих сталей регламентированы ГОСТ 5950-73.
К инструментам, изготовленным из упомянутых выше сталей, предъявляются определённые требования, из которых основное значение имеют: режущая способность, красностойкость (теплостойкость), износостойкость в холодном состоянии, механические свойства, обрабатываемость в холодном и горячем состоянии [75]. Эти задачи решаются при разработке и реализации технологического процесса.
Инструментальная легированная сталь 9ХС предназначена для изготовления режущих инструментов, обладающих повышенной износостойкостью в условиях не вызывающих значительного разогрева режущей кромки; инструментов, которым необходима повышенная прокаливаемость и теплостойкость (свёрла, фрезы, развёртки и др.); инструментов для обработки конструкционных сталей и лёгких сплавов.
Сталь ХВГ применяется для изготовления режущих и мерительных инструментов, обладающих повышенной износостойкостью, для инструментов, которые должны обладать незначительным изменением размеров при термической обработке.
Основными циклами производства металлорежущего инструмента на сегодняшний день являются: заготовительные операции, формообразующие, термическая обработка, чистовая обработка, операции антикоррозионной обработки и упаковка.
Основными операциями технологического процесса изготовления осевого инструмента из легированных сталей являются: 1) заготовительные операции (правка и калибровка прутков, разделка прутков на заготовки); 2) формообразующие операции (токарные, фрезерные, и др.); 3) полная термическая обработка (закалка, правка, отпуск); 4) чистовая обработка (шлифование, заточка, доводка); 5) контрольные операции.
В условиях серийного производства структурная схема технологического процесса изготовления осевого режущего и мерительного инструмента, применяемого в настоящее время, представлена на рис.5.1.
Таким образом, используемый в настоящее время технологический процесс изготовления инструментов из легированных инструментальных сталей не позволяет полностью реализовать, все потенциальные возможности и свойства стали. Как показали исследования, потенциальные возможности инструментов скрыты в совершенствовании структуры проката. Наиболее эффективным способом улучшения структуры проката а, следовательно, и режущих свойств инструментов, является пластическая осадка и осадка после кручения в условиях предварительной механо-термической обработки.
В результате экспериментальных исследований установлено, что в условиях умеренных режимов резания основным фактором, влияющим на износостойкость инструментов, является структурное состояние заготовки, в частности размеры зерна аустенита и карбидная неоднородность. Подтверждён тезис о том, что чем меньше зерно структуры, тем выше эксплуатационные свойства инструментов, при сохранении других необходимых свойств. Такой вид пластической обработки заготовки, как осадка и осадка после кручения позволяет получить именно такую мелкозернистую структуру.
Основой для разработки технологического процесса изготовления осевого инструмента с повышенными эксплуатационными свойствами осадкой и осадкой с кручением является схема ПМТО (см. п. 4.2.), а также результаты оптимизации стойкостных испытаний режущего инструмента. Представленный технологический процесс предназначен для изготовления концевых фрез и гладких калибров из инструментальных легированных сталей 9ХС и ХВГ. В технологии предлагается использовать в качестве пластической деформации цилиндрических заготовок осадку или осадку после кручения это является более эффективным по сравнению с существующими видами механической обработки с точки зрения варьируемости и возможности точной оценки напряжённо-деформированного состояния в обрабатываемой заготовке, необходимого для прогнозирования и оптимизации повышения стойкости инструментов.
