Проектирование инструмента для горячей вальцовки заготовок

4. Кухарь В. В. Анализ процесса осадки заготовок коническими плитами методом смещённых объёмов / В. В. Кухарь, Р. В. Суглобов, Б. С. Каргин, Р. С. Николенко // Захист металур-гшних машин ввд поломок: Зб. Наук. Пр. - Марiуполь, 2012. № 14. - С. 63-66.

5. Акаро И. Л. Классификация поковок и технологических переходов горячей штамповки / И. Л. Акаро // Кузнечно-штамповочное пр-во. - 1980. - № 1. - С. 8-11.

6. Каржан В. В. Прогрессивная технология и оборудование для обработки давлением / В. В. Каржан // Кузнечно-штамповочное пр-во. - 1985. - № 8. - С. 10-13.

7. Овчинников А.Г. Штамповка выдавливанием поковок с боковыми отростками и фланцами / А. Г. Овчинников, О. Ф. Дрель, И. С. Поляков // Кузнечно-штамповочное пр-во. - 1979. -№ 4. - С. 10-13.

8. Базык А.С. О классификации деталей, получаемых холодной объемной штамповкой / А. С. Базык, В. А. Головин // Кузнечно-штамповочное пр-во. - 1985. - № 3. - С. 12-14.

9. Ковка и штамповка: справочник: в 4 т. Т. 2. Горячая объемная штамповка / под ред. Е.И. Семенова. - М.: Машиностроение, 1986. - 592 с.

10. Грудев А. П. Трение и смазки при обработке металлов давлением: справочник / А. П. Грудев, Ю. В. Зильберг, В. Т. Тилик. - М.: Металлургия, 1982. - 312 с.

Проектирование инструмента для горячей вальцовки заготовок

Карпайтис Е.П., к.т.н. доц. Золотухин П.И., д.т.н. проф. Володин И.М.

ФГБОУ ВПО ЛГТУ

8 (4742) 32-82-39, kaf-md@stu.lipetsk.ru, 8 (4472) 32-81-90, zolotyhinpi@rambler.ru

Аннотация. Рассмотрена методика проектирования ручьев секторов-штампов для вальцовки заготовок в системе овальных и круглых калибров. В результате обработки опытных данных получены уравнения регрессии, позволяющие учесть пружинение валков и неравномерность уширения заготовок при проектировании ручьев.

Ключевые слова: горячая вальцовка, пружинение валков, неравномерность уширения.

При профилировании заготовок под последующую штамповку наиболее часто применяют вальцовку в системе овальных и круглых калибров за два, три или четыре прохода по схемам круг-овал-круг, круг-овал-круг-овал и круг-овал-круг-овал-круг [1].

Определение размеров ручьев секторов-штампов производится на основании чертежей переходов вальцованной заготовки. Глубину вреза ручьев следует назначать с учетом пру-жинения валков ДА. Пружинение ДА заключается в увеличении межосевого расстояния валков ковочных вальцов и, следовательно, высоты калибра. Величина пружинения зависит от конструкции вальцов и силы деформирования Р .

Высота калибра должна быть меньше высоты соответствующего сечения заготовки на величину пружинения ДА. Поэтому при проектировании инструмента глубину вреза верхнего и нижнего ручьев уменьшают на величину ДА/2 на всей длине деформируемого участка. Радиус ручьев оставляют расчетным.

Теоретическими и экспериментальными исследованиями установлено, что при вальцовке в овальных калибрах площадь контакта с заготовкой и, следовательно, сила деформирования больше, чем при вальцовке в круглых или квадратных калибрах. Поэтому при проектировании секторов-штампов во избежание образования бокового заусенца в следующем по ходу деформирования калибре достаточно уменьшить на величину пружинения ДА только расчетную высоту овального калибра [2, 3].

При проектировании овального калибра следует также учитывать неравномерность уширения металла по длине деформируемого участка, так как от ширины полученной овальной заготовки зависит возможность вальцовки в последующем круглом калибре. Вблизи необжимаемых головок заготовки реализуется процесс нестационарной деформации.

Головки оказывают сдерживающее влияние на уширение металла, в результате чего возможно незаполнение ручьев в последующем круглом калибре вблизи головок.

Влияние головок на течение металла в средней части обжимаемого участка практически не сказывается. Здесь процесс деформации является установившимся (стационарным) и овальная заготовка имеет большую ширину. Поэтому в средней части участка возможно образование бокового заусенца при вальцовке в последующем круглом или квадратном калибре [4]. Если коэффициент вытяжки более 1,3, то возможно образование бокового заусенца и в самом овальном калибре.

Образование бокового заусенца в круглом калибре особенно недопустимо при использовании вальцованных заготовок взамен полученных выдавливанием для последующей продольной (торцевой) штамповки круглых в плане поковок [5]. В этом случае вальцованная заготовка укладывается деформированной частью в штамповочный ручей, расположенный вертикально, и боковой заусенец (при его наличии) может привести к браку поковок. Таким образом, к полуфабрикату предъявляются повышенные требования по качеству. Одним из основных требований является отсутствие бокового заусенца. Учет пружинения и неравномерности уширения заготовок при проектировании калибров позволяет получать заготовки без заусенца.

Использование профилированных вальцовкой заготовок взамен полученных выдавливанием при производстве круглых поковок внедрено на кузнечном заводе ОАО «КАМАЗ -Металлургия».

Для определения рациональной конструкции овальных калибров, учитывающей различную степень уширения по длине заготовки, предложено деформируемый участок Ll разделить на два участка длиной Ьд (они примыкают к необжимаемым головкам) и средний участок длиной Ь2 (рисунок 1).

Результаты экспериментов и расчетов показали, что для получения качественной вальцованной заготовки при использовании схемы деформирования круг-овал-круг необходимо уменьшить высоту овального калибра на некоторую величину Ик на участке Ь2 .

а) б)

Рисунок 1. Заготовка с участками незаполнений длиной Ьд после вальцовки по схеме

круг-овал: а - вид сбоку, б - вид сверху

Для аппроксимации формул, позволяющих рассчитывать значения ДА и Ик, использовали массивы данных, полученных путем анализа результатов доводки инструмента и внедрения новых технологий вальцовки заготовок на двухопорных ковочных вальцах моделей АК^8-2а, АК^8-2, АК^8-1а и АК^З-1 фирмы Бишиео. Наличие указанных эмпирических формул позволяет уточнить методику проектирования ручьев секторов-штампов.

Проведен анализ около 40 технологий вальцовки заготовок за два, три и четыре прохода по схемам круг-овал-круг, круг-овал-круг-овал, круг-овал-круг-овал-круг. В таблице 1 приведена краткая техническая характеристика ковочных вальцов и диапазоны изменения технологических параметров в исследованных технологических процессах.

Выполнены все этапы статистической обработки опытных данных: проверка массивов

на соответствие закону нормального распределения, отсев грубых погрешностей, расчет коэффициентов уравнений регрессии и проверка значимости полученных уравнений, проверка значимости коэффициентов регрессии, проверка массивов остатков на соответствие закону нормального распределения.

В результате получены уравнения регрессии для расчета пружинения ДА в зависимости от усилия вальцовки P следующего вида [2, 3]:

ARWS-1 и ARWS-2 - ДА=а • ^(Р)+Ъ ; ARWS-1а и ARWS-2а - ДА=а • (Р/1000)+Ъ .

Таблица 1

Краткая техническая характеристика ковочных вальцов и диапазоны изменения _технологических параметров_

№ п/п Параметры Модель вальцов

ARWS-1 ARWS-1а ARWS-2 ARWS-2а

1 Номинальное межосевое расстояние, мм 370 460 560 680

2 Номинальная сила вальцовки, кН 630 920 1250 3000

3 Объем выборки 10 8 19 29

4 Диаметр исходной заготовки, мм 50.60 50.70 70.95 65.130

5 Коэффициент вытяжки 1,23. 1,45 1,24. 1,65 1,16. 1,55 1,16. 1,53

6 Отношение осей овальной заготовки 1,4. 2,3 1,2. 2,9 1,3. 2,7 1,5. 2,7

7 Пружинение ДА, мм 0,9.2,0 1,4.1,9 1,5.2,7 1,3.3,3

8 Сила вальцовки Р , кН 350. 630 330. 920 830. 920 1080. 3000

Коэффициенты регрессии a и Ь для каждой модели вальцов имеют свои числовые значения. Диапазон изменения коэффициентов корреляции для полученных уравнений г = 0,76...0.82.

Получены также уравнения регрессии для расчета параметра ^, на величину которого следует уменьшить высоту овального калибра в средней части обжимаемого участка в первом или втором проходах с целью компенсации неравномерности уширения заготовок [4]. Эти уравнения имеют следующий вид: Нк /Нп = /(БМ0, LK/do, Я). Здесь Б - номинальное расстояние между осями валков ковочных вальцов, ЬК - длина деформированного участка круглой заготовки после второго или четвертого прохода, ё0 - диаметр исходной заготовки, Нп - высота калибра с учетом пружинения, ^ - суммарная вытяжка за два прохода (первый и второй или третий и четвертый).

Рассмотрим пример проектирования ручья сектора-штампа, выполненного с учетом уменьшения высоты овального калибра для компенсации пружинения валков и неравномерности уширения заготовки. На рисунке 2 представлена заготовка после первого прохода вальцовки по схеме круг-овал. Полное количество проходов 4: круг-овал -круг-овал-круг.

На рисунке 3 показан овальный ручей первого прохода. Поперечный разрез ручья А - А соответствует участку Ьд, а разрез Б - Б участку L2 . Высота калибра с учетом пружинения

на участке длиной Ьд : Нп = 2 48,1 + 6 = 42,2 мм. Учтенная величина пружинения ДА = 3,2

мм (это разница между высотой заготовки в сечении А - А и Нп ).

Высота калибра на участке длиной L2 с учетом глубины вреза (16,9 мм) и зазора между секторами (6 мм): HRR = 2 -16,9 + 6 = 39,8 мм. Размер HRR - это фактическая высота калибра в рассматриваемом поперечном сечении с учетом пружинения валков и неравномерности уширения металла. Таким образом, высота калибра на участке с установившейся деформацией дополнительно уменьшена на величину HR = 2,4 мм. 1 проход

А-А

RU0.6

122.5

Рисунок 2. Эскиз заготовки после первого прохода вальцовки по схеме круг-овал

А-Л А-А о

138'

R15 / % /

5

{////////

Б-Б О

а) б)

Рисунок 3. Продольный (а) и поперечные (б) разрезы овального ручья сектора-штампа

Разработанная методика проектирования ручьев секторов-штампов с учетом пружине-ния валков и неравномерности уширения металла по длине обжимаемого участка заготовки используется на кузнечном заводе ОАО «КАМАЗ-Металлургия».

Литература

1. Смирнов, В.К. Горячая вальцовка заготовок [Текст] / В.К. Смирнов, К.И. Литвинов, С.В. Харитонин. - М.: Машиностроение, 1980. 150 с.

2. Золотухин, П.И. Пружинение валков ковочных вальцов моделей Ай^8-1 - Ай^8-2а [Текст] // П.И. Золотухин, И.М. Володин, В.С. Мартюгин [и др.] / Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 6. - Тула: Изд-во ТулГУ, 2012. С. 65 - 71.

3. Карпайтис, Е.П. Проектирование калибров с учетом пружинения валков ковочных вальцов модели АК^8-2а [Текст] // Е.П. Карпайтис / Известия ВУЗов. Черная металлургия. № 5, 2012. С. 70.

4. Золотухин, П.И. Методика проектирования калибров с учетом неравномерности уширения вальцованных заготовок [Текст] // П.И. Золотухин, И.М. Володин, В.С. Мартюгин [и др.] / Известия ВУЗов Черноземья. Вып. 4. - Липецк: Изд-во ЛГГУ, 2012. С. 62 - 66.

5. Патент РФ 2255831. Способ изготовления поковок с отростками [Текст] / В.С. Мартюгин, А.А. Ромашов, И.М. Володин [и др.].- Опубл. 2005, Бюл. № 19.