Аспирант Штуць Андрей Анатольевич

Аспирант Явдык Вита Викторовна

РАЗВИТИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ПРОЦЕССОВ

ШТАМПОВЫМ ОБКАТЫВАНИЕМ

В РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩЕМ ПРОИЗВОДСТВЕ В АГРОПРОМЫШЛЕННОМ КОМПЛЕКСЕ

Не смотря на то, что технологии штамповки обкатыванием имеют многочисленные преимущества по сравнению с традиционными способами, а также высокие экономические и технологические показатели, указанный метод не получил широкого применения.

Машиностроение массово изготавливает и применяет осесимметричные детали различных конструкций типа кольц, бандажей, фланцев. Годовая потребность, в том числе и Украины, в деталях такого типа колеблется в значительных пределах и может достигать десятков миллионов штук. В частности, потребность в заготовках фланцев, бандажей, колец только предприятий химического машиностроения Российской Федерации составляет в год - 1865,2 тыс. шт. (57,3 тыс.т), из них штампованных - 778,2 тыс. шт. (37,7 тыс.т) или только ≈ 40 %, при этом около 15 % от общего количества составляют фланцы из легированных сталей [1].

По данным зарубежных фирм, при обработке резанием коэффициент использования материала (КИМ) составляет 40-50%, а при использовании холодной штамповки – 75-80% [4]. Если учесть расход энергии на производство стали и ее обработку на единицу веса готовой детали, то она составляет при обработке резанием 66-82 мДж/кг, а при холодном пластическом деформировании 41-49 мДж/кг.

Относительное количество деталей указанной группы постоянно растет, что связано с тенденцией снижения материалоемкости машин и использования новых материалов с повышенными механическими свойствами. Их изготовление предполагает использование процессов горячей обработки металлов давлением, а также применение методов, основанных на значительных затратах материальных и сырьевых ресурсов [4].

Последние являются неэкономичными и имеют значительные капитальные (дорогое и разноплановое оборудование) и текущие (повышенные затраты материалов, энергоносителей и других ресурсов) расходы. Поскольку, большинство традиционных способов обработки металлов давлением направлена на обработку в горячем состоянии, то кроме технологических затрат на нагрев, нагревательное оборудование и др., необходимо учитывать и среды, безвозвратные потери на отходы и др.

Наиболее распространенными на сегодняшний день методами традиционного промышленного изготовления осесимметричных кольцевых деталей являются:

- горячая штамповка из сплошной заготовки с прошивкой или вырубкой центрального отверстия;

- горячая открытая и закрытая, холодная штамповка из трубчатой заготовки предварительно отделенной от трубы;

- горячее продольное прокатывание прошитой или трубной заготовки.

При изготовлении осесимметричных деталей приобретают все большое распространение ротационные способы, которые основаны на ограничении зоны пластического деформирования с многократным циклическим перемещением этой зоны по всему объему заготовки. [3].

В частности, применяются технологические процессы изготовления кольцевых деталей необходимого размера, которые включают их формирование из сплошной заготовки с применением объемной штамповки ковкой, при которой удаляют внутренние и внешние отходы. В результате чего заготовка принимает форму толстого кольцевого полуфабриката, который подвергается последующей горячей раскатке на специальных станках. Преимущество использования указанной технологии заключается в том, что она обеспечивает получение внутренних и внешних отходов относительно небольших размеров. Такой технологический процесс положен в основу автоматических линий Wagner (Германия) [2]. Основными недостатками процесса является обработка в горячем состоянии, наличие отходов и определенные технологические ограничения, относительно геометрических соотношений размеров и конструктивных форм.

Одной из особенностей, которая уменьшает затраты при производстве осесимметричных деталей является то, что наиболее простым за организацией движением для специализированного оборудования является вращательное движение активного инструмента. В свою очередь, осесимметричных детали имеют разветвленные конструктивные особенности (рис. 1). Главным классифицирующим отличием является отсутствие или наличие центрального отверстия, что не только влияет на технологические особенности изготовления, а является решающим при выборе исходной заготовки (цилиндрической или кольцевой).

Рис. 1. Классификация деталей,

которые могут эффективно изготавливаться штамповкой обкатыванием

Очаг локальной пластической деформации формируется в зоне контакта с активным коническим инструментом, и определяется: 1) углом прецессии - γ, он же является геометрическим параметром активного инструмента, поскольку определяет угол наклона образующей конической поверхности; 2) частотой нутации (колебаний) оси активного инструмента - n; 3) осевой скоростью сближения инструментов - υ. Все эти технологические параметры процесса взаимосвязаны [2].

ВЫВОДЫ

Технологические возможности штамповки обкатыванием ограничиваются преимущественно потерей устойчивости и разрушениям заготовки, а их расширение возложено путем управления направлением течения материала заготовки и создания благоприятных напряженно-деформированных схем. При этом можно обеспечить коэфициент использования металла > 0,9 и достижения точности размеров заготовок по 8- 12 квалитетам точности.

Исследовано преимущества и недостатки существующих методов изготовления различных типов деталей. На основе рассмотренных технологических процессов и основные преимущества технологии штамповки обкатыванием, что позволяет определить на основные направления развития, совершенствования и применения метода как ресурсосберегающий. При этом важное место занимают технологические процессы получения эффективной цилиндрической или кольцевой заготовки, которые также базируются на принципах локализации очага пластической деформации.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Механизированный участок изготовления кольцевых заготовок методом горячей раскатки / В. П. Дементьев и др. //Кузнечно-штамповочное производство. – 1991. – № 1. – С. 14–15.

2. Гринфельд Л. А. Автоматическая линия для производства заготовок крупных колес и бандажных колес / Л. А. Гринфельд В. А. Агеенко // Кузнечно-штамповочное производство. – 1998.– № 12. – С. 20–22.

3. Гожій С. П. Засади і проблеми використання ресурсозберігаючих технологій обробки металів тиском / С. П. Гожій // Технологические системы. – 2006. – № 2 (34). – С.64–68.

4. Матвийчук В. А. Совершенствование процессов локальной ротационной обработки давлением на основе анализа деформируемости металлов: Монография / В. А. Матвийчук, И. С. Алиев. – Краматорск: ДГМА, 2009. – 268 с.