Способ определения площади контакта оправки и заготовки при винтовой прошивке
METHOD OF DETERMINING AREA OF CONTACT BETWEEN MANDREL AND WORKPIECE IN HELICAL PIERCING

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, а именно к получению полых круглых заготовок винтовой прошивкой и может быть использовано при проектировании новых и совершенствовании существующих технологических режимов прошивки трубных заготовок с целью повышения их качества и снижения износа прошивных оправок.
Известен способ расчета площади контакта полой заготовки и инструмента (URL: http://www.referant.narod.ru/soderg/raschet3.html (дата обращения: 24.11.2017)). Недостатками данного способа является необходимость выполнения сложных расчетов и вычислений и отсутствием примеров использования данного способа для расчета площади контакта оправки и прошиваемой заготовки.
Известен способ определения площади контакта поверхностей взаимодействующих тел (RU 2158896 С1, опубликовано 10.11.2000). К недостаткам способа можно отнести необходимость использования пленки, изготовление которой достаточно трудоемко и затратно, а также нет данных о возможности применения данного способа в процессах винтовой прокатки.
Известен способ определения фактической площади контакта поверхностей взаимодействующих деталей (Грязев В.М. Определение фактической площади контакта поверхностей взаимодействующих деталей // Известия ТулГу. Технические науки. 2012. Вып 11. Ч. 1. - 2012. - С. 287-292). Способ трудоемкий и требует использования дополнительного оборудования.
Известен способ определения площади контакта между оправкой и прошиваемой заготовкой (Чекмарев, А.П. Прошивка в косовалковых станах / А.П. Чекмарев, Я.Л. Ваткин, М.И. Ханин. - М: Металлургия, 1967. - 240 с., с. Часть II, Глава III, Раздел 2., с. 67-80). Способ имеет недостаток вследствие необходимости выполнения большого количества различных расчетов.
Техническим результатом изобретения является определение площади контакта заготовки и прошивной оправки в единицах СИ. При этом нет необходимости создания дополнительного оборудования, использования различных контактных пленок, большого количества сложных вычислений и временных затрат.
Технический результат достигается тем, что в процессе прошивки заготовку прошивают на глубину равную 0,5÷0,75 от ее исходной длины, процесс прошивки останавливают, заготовку снимают с оправки. После снятия заготовки с оправки определяют размеры заготовки и оправки. На основе измерений в компьютерной среде трехмерного моделирования создают модель заготовки при этом в этой же модели создается вырез в виде тела вращения с размерами и формой идентичными размерам и форме оправки. Ось вращения выреза совпадает с осью симметрии модели не заготовки, при этом та часть выреза, которая формой и размерами идентична форме и размерам носика оправки, совпадает с углублением на модели заготовки, полученным вследствие внедрения носика в металл заготовки в процессе прошивки. После создания указанного выреза появляются замкнутые области на внутренней поверхности заготовки. С помощью инструментария компьютерной среды трехмерного моделирования вычисляется площадь полученных областей на внутренней поверхности заготовки и полученное значение используют в качестве величины площади контакта оправки и прошиваемой трубной заготовки.
Изобретение пояснено чертежами на фиг. 1-6. На фиг. 1 показана заготовка, прошитая на глубину равную 0,6 от ее исходной длины, а на фиг. 2 - половина этой же заготовки. На фиг. 3 показана трехмаерная модель заготовки, прошитой на глубину 0,6 от ее исходной длины, созданная с помощью среды трехмерного проектирования SolidWorks. На фиг. 4 показано как в модели заготовки создается двумерный чертеж - эскиз - формой и размерами идентичный оправке. На фиг. 5 показаны замкнутые области на внутренней поверхности заготовки, получаеющиеся после создания выреза вращением эскиза, показанного на фиг. 4. На фиг. 6 показан результат измерения площади замкнутых областей на внутренней поверхности заготовки с помощью встроенного инструментария SolidWorks. Полученное значение используют в качестве величины площади контакта оправки и прошиваемой трубной заготовки
Примером использования предлагаемого способа является определение площади контакта оправки и прошиваемой заготовки при прошивке в стане производства ЭЗТМ, входящего в линию ТПА 50-200. Прошивку заготовки проводили на глубину равную 0,6 от исходной длины заготовки. После остановки процесса заготовку (фиг. 1 - заготовка, прошитая на глубину 0,6 от ее исходной длины, фиг. 2 - диаметральный разрез этой же заготовки) сняли с оправки и произвели измерения заготовки в поперечных сечениях с шагом 15 мм, измеряли наружный диаметр и, где это было необходимо, толщину стенки, а также произвели измерения оправки. По результатам измерений построили объемную модель заготовки с помощью компьютерной среды трехмерного проектирования SolidWorks (фиг. 3). Затем в этой же модели создали эскиз (двумерный чертеж), который размерами соответствует половине продольного сечения оправки и та часть эскиза, которая соответствует носику оправки, совпадает с углублением в модели заготовки, полученном вследствие внедрения носика оправки в металл прошиваемой заготовки (фиг. 4). На основе созданного эскиза с помощью команды «Повернутый вырез» в SolidWorks создали вырез. В результате создания выреза на внутренней поверхности заготовки появились области, выделенные синим на фиг. 5. Указанные на фиг. 5 области выбирали левой кнопкой мыши, после этого выбирали команду «Измерить» во вкладке «Анализировать» программы SolidWorks и получали цифровое значение площади выбранных областей (фиг. 6). Указанное значение можно использовать в качестве величины площади контакта оправки и прошиваемой трубной заготовки. Знание площади контактной поверхности оправки и прошиваемой заготовки необходимо для определения усилия на оправку, тепловой нагрузки на участки оправки, а также чтобы прогнозировать износ и износостойкость оправки.