Совершенствование конструкции инструмента для обрезки граней головок клеммных болтов

Исследование и моделирование объёмного течения металла.

Куницын Г.А., ГолубчикЭ.М., ПесинА.М. и др.

ся наличие чётко выраженного уширения и соответствующей поперечной деформации металла по ширине ленты. Этот факт потребовал существенного пересмотра методик анализа формоизменения ленты, особенно с учётом клиновидности поперечного сечения подката после продольного роспуска горячекатаныхполос.

Впервые выполнено численное моделирование объёмного течения металла при холодной прокатке узкой ленты в зависимости от формы профиля попереч -ного сечения: клиновидный, выпуклый, вогнутый. Показано распределение интенсивности деформации и скорости течения металла по ширине ленты при холодной прокатке. Установлено, что уширение значительно возрастает (до 32%) при прокатке ленты с вогнутым профилем и уменьшается (на 6,5%) при прокатке ленты с выпуклым профилем в сравнении с подкатом, имеющим прямоугольное поперечное сечение.

При прокатке полос из подката клиновидного поперечного сечения появляется заметное различие в характере поперечной деформации металла со стороны левой и правой кромок полосы. Поперечное течение металла со стороны более толстой кромки увеличивается, а со стороны более тонкой - уменьшается. При этом относительная разница между уширением со стороны левой и правой кромок возрастает до 6%. Линия нулевого перемещения смещается в сторону более тонкой кромки на 0,6 мм.

Список литературы

1. Технология ХОЛОДНОЙ прокатки точных и бездефектных полос в условиях неравномерного обжатия по ширине / Ку-ницын Г.А., Салганик В.М., Песин А.М.; Магнитогорск. гос. те<н. ун-т. Магнитогорск, 2000. 60 с. Деп. в ВИНИТИ

11.08.00, № 2227-В 00.

2. Внедрение новых технологий асимметричной прокатки в ОАО «ММК» / СалганикВ.М., ПесинА.М., Трахтенгерц Е.П., Дригун Э.М. // Моделирование и развитие процессов обработки металлов давлением: межрегион. сб. науч. трудов. Магнитогорск: МГТУ, 2002. С. 128-133.

3. Песин А.М. Моделирование и развитие процессов асиммет-ричного деформирования для повышения эффективности листовой прокатки: дис. ... д-ра техн. наук. Магнитогорск, 2003. 395 с.

4. Kobayashi S., Oh S.I. and Altan T. Metalforming and the Finite-Element Method. Oxford University Press. 1989. 377 p.

5. Oh S.I., Wu W.T., Tang J.P. Capabilities and applications of FEM code deform: the perspective of the developer // Materials Processing Technology. 1991. Vol. 27. P. 25-42.

Bibliography

1. Cold rolling of flaw-free strips at nonuniform width reduction / Kunitsin G.A., Salganik V.M., Pesin A.M.; Magnitogorsk state technical university. Магнитогорск. Magnitogorsk, 2000. 60 p. Dep. in VINITI 11.08.00, № 2227-B00.

2. Introduction of new technology of asymmetrical rolling at OJSC «MMK» / Salganik V.M., Pesin A.M. Trahtengerts E.P., Dri-gun E.M. // Modelling and developments of metal forming processes: collection of scientific works. Magnitogorsk: MSTU, 2002. P. 128-133.

3. Pesin A.M. Modelling and development of asymmetrical deformation processes aimed at the improvement of sheet rolling effectiveness: thesis ... Doctor of technical sciences. Magnitogorsk, 2003. 395 p.

4. Kobayashi, S., Oh S.I. and Altan T. Metalforming and the Finite-Element Method. Oxford University Press. 1989. 377 p.

5. Oh S.I., Wu W.T., Tang J.P. Capabilities and applications of FEM code deform: the perspective of the developer // Materials Processing Technology. 1991. Vol. 27. P. 25-42.

УДК 621.778.8

Железков O.C., Семашко B.B.

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ ОБРЕЗКИ ГРАНЕЙ ГОЛОВОК КЛЕММНЫХ БОЛТОВ

Клеммные болты по ОСТ 32.161-2000 (рис. 1) широко применяются в современных конструкциях верхнего строения железнодорожного пути для крепления рельс к железо бетонным шпалам. В условиях ОАО «Магнитогорский метизно-калибровочный завод «ММК-МЕТИЗ» они изготавливаются в больших объ-

мах методом холодной штамповки на многопозиционных автоматах-комбайнах <ЗРВА-161, КА -64, КА -74 [1].

Применяемый технологический процесс изготовления клеммных болтов включает следующие операции: отрезка заготовки; предварительная высадка конической головки; окончательная высадка головки в виде шарового сегмента, примыкающего к стержню, и торцевого цилиндрического участка с диаметром =47 мм; редуцирование участка стержня под накатку резьбы; обрезка двух параллельных граней головки с опиранием криволинейной опорной поверхности заготовки на режущие кромки матрицы; накатка резьбы [1].

Операция обрезки граней состоит из двух этапов. На первом этапе при движении пуансона срезаемый металл в виде облоя зажимается между торцевыми поверхностями матрицы и пуансона. На втором этапе при движении выталкивателя производится проталкивание головки через отверстие в пуансоне с отделением облоя.

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ

Недостатки применяемого способа обрезки клеммных болтов:

1. Низкое качество получаемых стержневых изделий, из-за образования сколов и заусенцев на опорной поверхности головки.

2. Короткий срок службы обрезного инструмента.

Используя метод конечных элементов (МКЭ), выполнено компьютерное моделирование процесса обрезки граней головок клеммных болтов. Процесс моделировали с помощью программного комплекса «БЕРОКМ-ЗБ», предназначенного для решения объемных задач. Исходная заготовка (сталь марки 10) в виде цилиндрического стержня диаметром 22 мм с головой в форме шарового сегмента радиуса 30 мм, примыкающего к стержню, и торцевого цилиндрического участка с диаметром 47 мм обрезалась в матрице и пуансоне с формированием двух граней, расстояние между которыми 28 мм. Реологические свойства задавались по кривой упрочнения, представленной в работе [2]. Обрезные матрица и пуансон рассматривались как абсолютно же-

сткие тела, так как их жесткость на порядок превышает жесткость материала заготовки и деформации инструмента не выходят за пределы упругих Конечноэлементная сетка состояла из тетраэдров. Так как в процессе моделирования обрезки граней сетка значительно деформируется, то в расчетах использовались специальные алгоритмы по перестроению сетки и увеличению числа элементов в очаге деформации. Используя программный комплекс «DEFORM-3D», определены интенсивность напряжений, интенсивность деформации (рис. 2), давление металла на инструмент и другие параметры напряженно-деформированного состояния при обрезке граней, при этом учитывалась неравномерность деформации, возникающая при штамповке головки клеммного болта [3].

Проведены экспериментальные исследования процесса обрезки граней голэвки клеммного болта. Эксперименты с определением технологических усилий проводились на испытательной машине КМП-125 (ЗИП, г. Армавир, номинальное усилие Q=125 т) с использова-

Рис. 2. Интенсивность деформации в процессе образки граней головки клеммного болта

Совершенствование конструкции инструмента для обрезки граней головок..

Жепезков О.С., Семашко В.В.

нием специально спроектированного и изготовленного инструментального блока. Испытания показали, что усилия на первом этапе обрезки составляют 66-68 кН, а на втором - 21-25 кН. Сравнение результатов экспериментов с данными компьютерного моделирования показало сравнительно хорошее совпадение результатов (погрешность не более 8%) На основании проведенных исследований установлено, что одной из причин преждевременного выхода из строя инструмента является возникновение больших локальных давлений срезаемого металла на режущие кромки обрезныхматрицыи пуансона.

На основании проведенных исследований разработано новое техническое решение [4], направленное на совершенствование процесса обрезки граней головок клеммных болтов. Сущность технического решения заключается в том, что на режущих кромках матрицы перпендикулярно углублению выполнены сквозные пазы в виде сегмента с радиусом, равным

0,75-0,85 радиуса сферы опорной поверхности головки, и высотой, равной 0,15-0,2 высоты головки болта. Применение разработанной конструкции позволяет снизить локальные давления на режущие кромки инструмента и повысить его стойкость.

Выводы

1. На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований установлено, что причиной низкой стойкости инструмента для обрезки граней головок клеммных болтов является возникновение больших локальных давлений срезаемого металла на режущие кромки обрезныхматрицы и пуансона.

2. Разработана новая конструкция обрезного инструмента, применение которой обеспечивает повышение его стойкости за счет снижения локальных сил

давления срезаемого металла на режущие кромки.

Список литературы

1. Павлов А.М., Семихагский С.А., Железков О.С. Совершенствование технологического процесса изготовления клеммных боп-тов //Производство конкурентоспособных метизов: сб. науч. тр. / под ред. А.Д. Носова. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2006. С. 115-117.

2. Кроха В.А. Упрочение при холодной пластической деформации: справочник. М.: Машиностроение, 1980. С. 157.

3. Применение критерия минимальной неравномерности деформации для оценки эффективности процессов обработки метал -лов давлением / О.С.Жепезков, Ф.Ф.Гагин, Е.Ю.Чуйко, С.О.Же-лезков // ВесгникМГТУ им. Г.И.Носова. 2009. № 1. C. 46-48.

4. Пат. 88589 РФ на полезную модель. Инструмент для обрезки головок стрежневых изделий с криволинейной опорной поверхностью / О.С. Жепезков, А.М. Павлов, В.В. Семашко и др. Опубл. БИиПМ. 2009. № 32.

Bibliography

1. Pavlov A.M., Semihatsky S.A., Zhelezkov O.S. Perfection of technological process of making of terminal screw-bolts // Manufacture of competitive wire products: Collected articles / Under the editorship of A.D. Nosov. Magnitogorsk: SEI HPE «MSTU», 2006. P. 115-117.

2. Kroha V.A. Consolidating during cold plastic deformanion: Book of reference. Moscow, 1980. P. 157.

3. Zhelezkov O.S., Gatin F.F., Chyiko E.U. Application of criterion of minimum unevenness of deformation // Vectnik MGTU. 2009. № 1. P. 46-48.

4. Patent 88589 of Russia for the invention «The instrument for heads trimming of bar products with curved surface» / O.S. Zhelezkov, A.M. Pavlov, V.V. Semashko, at al. Published by BIPM. 2009. № 32.