Применение процессов ротационной вытяжки для изготовления осесимметричных деталей

2. Яковлев С.П. Обработка давлением анизотропных материалов / С.П. Яковлев, С.С. Яковлев, В.А. Андрейченко. - Кишинев: Квант, 1997. -330 с.

3. Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке /

В.П. Романовский. - Л.: Машиностроение, 1979. - 520 с.

Получено 23.04.08

УДК 621.983; 539.374

А.Ф. Лавров, С.С. Яковлев, А.Н. Драбик

ПРИМЕНЕНИЕ ПРОЦЕССОВ РОТАЦИОННОЙ ВЫТЯЖКИ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ ДЕТАЛЕЙ

Приведены примеры использования процессов ротационной вытяжки для изготовления осесимметричных деталей из высокопрочных материалов.

Современные тенденции развития промышленности таковы, что при изготовлении конкурентной продукции ставится задача разработки принципиально новых ресурсосберегающих технологий и оборудования, позволяющих получать изделия высокого качества при наименьших затратах на их производство.

Одним из наиболее эффективных направлений получения сложных изделий являются методы локального деформирования, такие, как ротационная вытяжка на специализированных станках и на токарно-винторезных станках с помощью раскатных устройств и др. Вследствие локального характера резко снижается технологическая сила при операции, что обеспечивает снижение металлоемкости оборудования, повышение стойкости инструмента и увеличение коэффициента использования металла, а также повышается пластичность материала. Последнее обстоятельство позволяет реализовывать значительно большие степени деформации по сравнению с обычными методами обработки давлением заготовок и деформировать малопластичные материалы.

Ротационная вытяжка - это технологический процесс последовательного изменения формы, размеров и свойств плоских или полых вращающихся заготовок приложением локальной деформирующей нагрузки, перемещающейся по заданной траектории, в целях получения деталей или изделий в соответствии с заданными технологическими требованиями [1, 2]. Ротационная вытяжка (РВ) может производиться без преднамеренного утонения стенок и с заданным утонением.

В последние годы РВ получила значительное развитие и стала одним из экономичных методов изготовления полых деталей. При определенных условиях и масштабах производства этот способ формообразования оболочек превосходит по производительности и экономичности штамповку на прессах (особенно при изготовлении глубоких конических и параболических деталей). Это объясняется применением новых схем деформирования, более глубоким изучением основ механики процессов формообразования оболочек, приложением локальной нагрузки, разработкой новых видов прогрессивного оснащения, созданием высокопроизводительных токарно-давильных станков, в том числе с программным управлением. РВ применяют для изготовления деталей, диаметром от нескольких миллиметров до нескольких метров и толщиной от десятых долей миллиметра до десятка миллиметров из различных металлов и сплавов, в частности, из никеля, вольфрама, молибдена, титана и их сплавов.

На автоматизированных токарно-давильных станках можно изготовлять полые осесимметричные детали машин и тракторов, диффузоры вентиляторные, различные сосуды, колпаки и диски колес, алюминиевые колбы, прецизионные трубки, рефлекторы, обтекатели, газовые баллоны, крышки подшипников, молочные бидоны, радиолокационные отражатели, бокалы, декоративные вазы и чаши, детали аппаратов для исследования космического пространства и другие полые изделия.

Ротационная вытяжка расширяет и дополняет возможности современных методов штамповки. Благодаря сочетанию различных методов формообразования становится возможным решение сложных технологических задач по изготовлению конических, сферических, параболических и других полых деталей. Статистические данные показывают, что стоимость оснащения для производства РВ составляет 5 - 10 % стоимости штампов, а расход материала в 5 - 8 раз меньше, чем для изготовления штампов для тех же операций.

При внедрении РВ сроки подготовки производства сокращаются в 10-15 раз по сравнению со сроками подготовки производства холодной штамповки. Наиболее существенное преимущество ротационной вытяжки перед другими традиционными способами обработки состоит в том, что она обеспечивает выполнение высоких требований по точности геометрических размеров, разностенности и овальности получаемых оболочек.

На рис. 1 приведены детали из специальных сталей и сплавов, изготовленные ротационной вытяжкой. При производстве деталей №2 ("Ступени") применяли горячекатаные трубы из сталей 40Х, 30ХГСА с последующей механической обработкой.

Для обеспечения требований по прочности материала изделия вместо термической обработки использовалось деформационное упрочнение.

Деталь №3 изготавливалась из холоднокатаной трубы. Заготовка калибровалась по внутреннему диаметру на прессе, далее подвергалась механической обработке по наружному диаметру и обжиму упора на конце.

На деталях №4 выполнялась запланированная шероховатость по наружной или внутренней поверхностям. Запланированная шероховатость по наружной поверхности обеспечивалась роликами с определенной шероховатостью рабочей части, а по внутренней поверхности -оправкой с нанесенными рисками.

В результате исследований подобраны режимы ротационной вытяжки таким образом, что рифленая заготовка по внутренней поверхности, свободно сходила с оправки.

Деталь №1 изготовлена из листового материала, мартенситно-стареющей стали с окончательной прочностью до 2100 МПа.

Рис.1. Детали из специальных сталей и сплавов, изготовленные ротационной вытяжкой

"Стакан" штамповался из круглой заготовки и без последующей механической обработки подвергался первой операции ротационной вытяжки. После этого "стакан" механически обрабатывали на специальном оборудовании, позволяющем одновременно точить внутреннюю и наружную поверхности, что обеспечивало разностенность в пределах 0,05 мм. Две последующих операции ротационной вытяжки позволяли получить конечную толщину стенки 0,25 - 0,2 мм с допуском ± 0,005 мм.

Детали данного типа использовались при создании цилиндра обогащения урана.

На ряде предприятий РФ внедрены технологические процессы, которые обеспечивают следующие преимущества: детали центрифуг изготавливать другим методом не представляется возможным; на деталях "ступени" исключается из технологии термическая обработка; снижается трудоемкость на 40 %; на детали контейнера 4 выполняется запланированная шероховатость (рельеф) для удержания продукта внутри или намотки на наружной поверхности.

На рис. 2 изображены сильфоны для центрифуг: диаметр 95 - 130 мм; высота 35 - 120 мм; толщина стенки - 0,15 - 0,6 мм. В качестве материала используется листовой прокат (сталь ДИ-38;

ДИ-38Ф-Ш; никелевый сплав ХН78Т), из которого вырубается круглая заготовка с последующей штамповкой колпака и ротационной вытяжкой до заданных чертежом размеров.

Рис. 2. Сильфоны для центрифуг

Сильфоны после ротационной вытяжки подвергаются формовке эластичными средами, в результате которой получается зиг. Формовка производится в специальных штампах с применением полиуретана или масла давлением до 120 МПа. Корпуса аккумуляторов изготавливаются из никелевого сплава ХН78Т. Ротационная вытяжка позволяет исключить сварной шов, что, в свою очередь, повышает разрушающее давление до 1300 - 1400 МПа при толщине стенки 0,6 ±0,05 мм и диаметре 95 мм. В процессе экспериментальной отработки формообразования зига исследовались силовые параметры процесса, прочностные характеристики металла.

Разработанные технологические процессы ротационной вытяжки позволили улучшить качество ряда изделий: получены из сталей типа ДИ-38 особо тонкостенные оболочки с прочностью материала до 2000 МПа, из которых с помощью штамповки эластичными средами получены одногофровые сильфоны с наружным и внутренним расположением гофры (детали используются при создании центрифуг нового поколения); изготовление оболочки из сплава ХН78Т методом штамповки с последующей ротационной вытяжкой позволило повысить прочностные характеристики корпуса аккумулятора, избавиться от продольного шва, разрушающегося при повышенных давлениях при изготовлении корпуса аккумулятора из сварной оболочки.

На рис. 3 приведены детали шаровой формы, изготавливаемые из труб: диаметр изделия 75 - 240 мм; толщина стенок 5-6 мм. Трубная заготовка подвергалась механической обработке, ротационной вытяжке на станках СРТ-06, 8М0-22. (изготавливались патрубки-гирлянды на 4 - 5 заготовках), резке на штучные полуфабрикаты и формовке в “Шар”.

V

В процессе экспериментальной отработки исследовано: влияние отношения Dis (диаметр к толщине стенки) на формообразование, распределение механических свойств по длине заготовки, на образование правильной шаровой формы.

Технология имеет двойное применение: основное - получение рифленых оболочек шаровидной формы; дополнительные - заготовки шаровых пробок из алюминиевых сплавов, конструкционной и коррозионно-стойкой стали.

Рис. 3. Детали шаровой формы, изготавливаемые ротационной вытяжкой

Технологические процессы изготовления деталей шаровой формы обеспечивают экономию материала от 2,5 до 5 раз по сравнению с изготовлением пробок из пруткового проката или поковок; снижение веса конструкции в 1,5 раза; снижение трудоемкости и расходов на инструмент в 2 - 2,5 раза.

Технологические принципы ротационной вытяжки могут быть использованы и при изготовлении изделий народного потребления (посуды, термосов, опрыскивателей, форм для выпечки, бытовых центрифуг, светильников и т.д.). Применение ротационной вытяжки при изготовлении изделий народного потребления обеспечивает повышение эксплуатационного качества, качества отделки поверхностей, снижение в 2 раза количества сварных соединений в конструкциях термосов; получение тонкостенных изделий с меньшей массой в отличие от штампованных и сварных; сокращение трудозатрат; ликвидацию трудоемких термических и сопутствующих им вспомогательных операций.

Библиографический список

1. Барклая В.Ф. Формоизменение листового металла / В.Ф. Барклая,

С.Е. Рокотян, Ф.И. Рузанов. - М.: Металлургия, 1976. - 264 с.

2. Гредитор М.А. Давильные работы и ротационное выдавливание / М.А. Гредитор. - М.: Машиностроение, 1971, - 239 с.

Получено 23.04.08