Холодне торцеве розкочування деталей
Кафедра «Машини та технологія обробки металів тиском»
РЕФЕРАТ з лабораторної роботи
Тема:Холодна торцева розкочування деталей
Дисципліна: Теорія, технологія та обладнання
обробки металів тиском
Студент гр. 3041/1: Єлізаров В.О. Викладач: Кункін Л.Б.
1. Сутність торцевої розкочування……………………………………………. 3
2. Застосування холодного торцевого розкочування……………………………….4
3. Переваги та недоліки ХТР…………………………………….……6
4. Сучасне застосування ХТР………………………………………….…8
4.1. Моделювання розкочування заготовки для шестерні……………..…….8
4.2. Моделювання процесу холодного розкочування………………………. 11
Список литературы…………………………………………………………..121. Сутність торцевої розкочування
У машинах та приладах широко використовуються деталі типу валів, склянок та кілець із фланцями, дисків, шестерень. Зазвичай їх виготовляють гострінням або фрезеруванням заготовок, відрізаних від прутків. Такі технологічні процеси характеризуються низькими коефіцієнтом використання металу та культурою виробництва, великими трудомісткістю та питомими енергетичними витратами. Тому в сучасному машинобудуванні прагнуть при отриманні деталей цього класу замінити процеси обробки різанням процесами холодного об'ємного деформування, зокрема торцевим розкочуванням.
Відмінною особливістю операцій розкочування від операцій штампування є локальний характер докладання зусилля, що деформує, і, зокрема, до торця оброблюваної заготівлі, що дозволяє істотно знизити питоме і загальне сумарне зусилля деформування.
Результатом використання процесіврозкочування є зниження витрати металу від 15 до 30%, а трудомісткість виготовлення деталей знижується до 30%. Невисока вартість необхідної оснастки при великій її стійкості забезпечує ефективне використання процесів як у дрібносерійному, так і великосерійному виробництві.
Вироби, що одержують розкочуванням, дуже різноманітні за формою, а саме, такими можуть бути цілокатані (без осі) ролики рольгангів і стрічкових транспортерів, балони, резервуари і ресивери для стиснутих і зріджених газів (рисунок 1).
Рис.1.Деталі, одержувані з труб способом торцевого розкочування
1 - 6 - герметичні сферичні, еліпсоїдні та параболічні днища;
7 – фланці трубопроводів; 8 - 11 - плоскі та ступінчасті днища та горловини; 12, 13 - деталі з внутрішнім виворотом; 14 - цапфи на роликах
2. Застосування холодного торцевого розкочування (ХТР)
Процес забезпечує високу точність і низьку шорсткість поверхні виробу, що у більшості випадків дозволяє виключити з процесу подальшу механічну обробку.
Також можуть бути отримані деталі пневматичних або гідравлічних циліндрів, порожнисті штоки з кульовою п'ятою, кришки амортизаторів, екрани та перехідники для теплообмінних апаратів; стрижні зі специфічною або конусною кінцівкою; трубчасті анкери та металоконструкції; ступінчасті вали, втулки та багато іншого
Однією з найефективніших областей застосування аналізованого процесу є отримання потовщень на торцях труби та отримання деталей із зовнішніми буртами або внутрішніми бортами або виворітами.
На малюнку 2.1 показана деталь ролик стрічкового транспортера, отримана з трубної заготовки шляхом її торцевого розкочування, тобто виверненням торцевих ділянок всередину. Економія матеріалу тазниження трудомісткості під час виготовлення цієї деталі очевидні.
Рис.2.1 Ролик стрічкового транспортера, отриманий торцевим розкочуванням
Заготівлями для виконання процесів розкочування є труби або відходи трубного виробництва, причому діапазон заготовок діаметрами D від 20 до 630 мм, по товщині стінки S від 0,8 до 34 мм, по довжині L - без обмеження. Відношення S/D припустимо від 0,02 до 0,1
Процес і схема торцевого розкочування з внутрішньою оправкою показані на малюнку 2.2.
Рис.2.2.Схеми торцевого розкочування з внутрішньою оправкою
а – без утончення стінки, б – з утоненням стінки
Матеріал заготовок сталь вуглецева, середньовуглецева, інструментальна, а також деякі марки легованої сталі, кольорові метали та їх сплави.
Торцеве розкочування з внутрішньою оправкою (рисунок 2.2) забезпечується перпендикулярним розташуванням ролика осі заготівлі, що обертається. При цьому торцеве розкочування може проводитися як без потонання стінки, так і з потонанням стінки деталі, що отримується.
Велике значення на вигляд виробу має характер формозміни заготівлі. При розкочуванні заготовок з торця конічним інструментом (рисунок 3.4) може мати місце:
- розкочування висадкою – спостерігається двосторонній перебіг металу в зоні контакту розкочного валка із заготівлею. В даному випадку спостерігається плавне збільшення кривизни опуклої вільної поверхні, що утворюється бурта протягом усієї операції формоутворення. Процес супроводжується зменшенням внутрішнього діаметра заготівлі;
- розкочування відбортуванням – у початковій стадії розкочування у заготовки відбувається переважна течія, що контактують з валком, шарів металу, що призводить до вивернення цієї частини заготовки і до утворення гострої кромки напериферійної частини торцевої поверхні бурта
Причому торцеве розкочування можна проводити як на установках без внутрішньої оправки (рисунок 2.3), так і з нею (рисунок 2.2).
Рис.2.3.Розкачування зовнішнього бурта
а - схема розкочування; б - форма буртів,
отриманих в результаті висадки та відбортування,
I – висадка; II - відбортування.
1 - виштовхувач; 2 – шпиндель; 3 - підп'ятник; 4 – матриця;
5 – заготівля; 6 - деформуючий валок.
Застосування методів ротаційної обробки значно розширює сферу використання процесів холодного об'ємного деформування.
3. Переваги та недоліки ХТР
Розкочувальні валки можуть мати відкриті та закриті калібри. Розкочування в закритих калібрах забезпечує кращу якість торців оброблюваних кілець, але не виключає можливості утворення задирок, утяжин та інших дефектів, у зв'язку з чим ефективніше застосування торцевих валків.
Закритий спосіб розкочування характеризується обертанням матриці і внутрішнього валка в однаковому напрямку і видаленням їх осей, в результаті чого відбувається розкочування заготовки до зовнішнього діаметра, що дорівнює внутрішньому діаметру матриці.
До переваг цього способурозкочування відноситься стійка рівновага заготівлі в процесі деформування, тому виключається необхідність використання опорних роликів. Крім того, за рахунок закочування заготовки в матрицю зовнішній діаметр одержуваних кілець може бути забезпечений з високою точністю.
Однак великі зусилля, необхідні для заповнення матриці, обмежують застосування закритого способу розкочування, оскільки практично не дозволяють отримувати вироби значних розмірів.
До суттєвих недоліків цього способу, що також обмежує йогозастосування, відносяться необхідність зміни матриць при обробці виробів різних розмірів та неможливість отримання кілець, профільованих по зовнішній поверхні.
Застосування закритого способу розкочування найбільш доцільно для виготовлення точних виробів невеликих розмірів зі складним профілем по внутрішній поверхні, таких, як кільця підшипників кочення.
Локальний характер докладання навантажень:
- Зменшує загальну силу деформування; контактна напруга, що діє на інструмент; витрати металу на 30%; трудомісткість виготовлення деталі приблизно на 20% порівняно з обробкою різанням;
- Збільшує фізико-механічні властивості оброблюваного металу,
забезпечує оптимальне розташування волокон;
- Збільшує експлуатаційні властивості одержуваних деталей.
Основні переваги ХТР:
1. Низька вартість оснастки, незначний час підготовки виробництва, використання обладнання щодо невеликої потужності при виготовленні великогабаритних деталей, легка автоматизація,
2. Можна застосовувати у дрібносерійному виробництві
3. Освоєно техпроцеси торцевого розкочування заготовок зі сталей ШХ15,
ШХ15СТ, 40Х, 20, 45 і Д16 і т.д.
В якості заготовок використовують відрізані заготовки труб або прутків, що встановлюються в матрицю вільно із зазором до 0,3 мм на бік.
Валки можуть бути циліндричної чи конічної форми (рис. 3.1). Формують внутрішні та зовнішні бурти за схемою висадки. Діаметр залежить від розмірів деталі зазвичай 250 – 400 мм.
Великі технологічні можливості (кут 5 - 15 ° до осі обертання деталі).
1. складність форми валка залежить від розмірів та форми деталі.
Рис.3. Технологічнісхеми торцевого розкочування
Формозміна заготовок відбувається при торцевому розкочуванні проводять на високопродуктивному автоматі або на токарному верстаті.
При терті, в місці контакту заготівлі з інструментом, заготівля локально розігрівається в зоні обробки і тим самим втрачає міцність лише там, де це необхідно.
4. Сучасне застосування ХТР
Компанія SFTC постійно веде інтенсивну роботу з удосконалення та налагодження як програми Deform в цілому, так і її окремих модулів, домагаючись кращого збігу результатів, що отримуються з натурними експериментами.
Зокрема, за останній рік SFTC досягла значних успіхів у роботі над моделюванням процесів індукційного нагріву, різних операцій обробки різанням, розкочування кілець. Розкачування кілець складний, з погляду кінцево-елементного моделювання, процес. Для моделювання таких процесів два роки тому було розроблено спеціалізований модуль RingRolling3D, який може працювати як окремий модуль, так і як додаток до Deform 3D
Результати розв'язання кількох завдань із цієї галузі порівняно з експериментальними даними представлені нижче.
4.1. Моделювання розкочування заготовки для шестерні.
Завдання вирішувалося співробітниками компанії SFTC. Температура процесу 1000 С. Привідний валок обертається із частотою 120 об/хв. Натискний валок рухається із заданою змінною за часом лінійною швидкістю.
На рис.4.2 представлена модель в початковий момент процесу розкочування (зліва вгорі), впроміжної стадії процесу (праворуч вгорі). Незаповнення форми (червоний еліпс) і надмірна кількість металу, що витекла в задир (зелений еліпс) отримані як при моделюванні (зліва внизу) так і при реальному експерименті (праворуч внизу).
Потрібно звернути увагу на гострий виступ на внутрішньому діаметрі кільця. За даних технологічних параметрів виникнення цього дефекту було спрогнозовано під час моделювання та підтверджено натурним експериментом.
Результати двох завдань були представлені фахівцями компанії Jernberg Industries.
Матеріал заготівлі сталь 8620 (американський аналог української сталі 0ХДНМ). Процес протікає при температурі 980 С. Привідний валок обертається із частотою 60 об/хв. Натискний валок переміщається з постійною лінійною швидкістю 10 мм/сек. Заготівля під час процесу здійснює 27 оборотів навколо своєї осі.
Кінцева деталь є кільцем з фланцями на обох торцях. Для збереження площинності торців кільця використовують допоміжні напрямні валки. Для адекватного опису геометрії заготовки використовувалося близько 40 000 гексаедральних восьмивузлових кінцевих елементів. Для прискорення розрахунку використовувалися технології паралельних обчислень. Колірна шкала - розподіл інтенсивності пластичної деформації в кінці процесу.
4.2. Моделювання процесу холодного розкочування.
За данимикомпанії Jernberg Industries, обидві завдання показали дуже хорошу збіжність із результатами реального процесу.
1. Смирнов В.С. Теорія прокатки. М: Металургія, 1697, 462 с.
2. Аксьонов Л.Б. Теорія, технологія та обладнання обробки металів тиском. Вид-во: СПбДТУ, 1997, 111 с.