Технические науки/ 8.Обработка материалов в машиностроении

Аспирант А.М. Зайцев, к.т.н. А.В. Гоциридзе, к.т.н. П.А. Кузнецов

Санкт-Петербургский государственный политехнический университет, Россия

КОМБИНИРОВАННАЯ РАДИАЛЬНО-ТОРЦЕВАЯ РАСКАТКА ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ ДЕТАЛЕЙ ИЗ СПЕЧЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Методы локальной ротационной обработки значительно расширяют область применения процессов холодного объемного деформирования, т.к. локальный характер приложения нагрузки приводит к снижению, как общего усилия деформирования, так и контактных напряжений действующих на инструмент. Процессы локальной деформации являются также перспективными для изготовления изделий из спеченных материалов с точностью 9..12 квалитета и шероховатостью поверхности порядка R_a=2.5..1.25 мкм [1]. Среди процессов локальной деформации выделяется процесс торцевой раскатки, заключающийся в силовом локальном воздействии валка на торцевую часть заготовки, помещенную во вращающуюся матрицу [2]. Однако металлические спеченные материалы из-за остаточной пористости в ряде случаев не обладают достаточной пластичностью, необходимой для изготовления изделий сложной формы. При деформации таких материалов необходимо использовать технологические схемы, создающие всестороннее неравномерное сжатие [3]. Такую схему можно реализовать при комбинированном процессе раскатки с осевым и радиальным движением валка и радиальным движением ролика (рис. 1).

Процесс комбинированной раскатки с осевым и радиальным движением валка и с радиальным движением ролика осуществляется следующим образом.

Рис. 1 Принципиальная схема комбинированного процесса раскатки с осевым и радиальным движением валка и с радиальным движением ролика

1 – заготовка, 2 – матрица, 3 – валок, 4 – ролик, 5 – оснастка, 6 – выталкиватель, 7 – пружина, 8 – шпиндель

Заготовку 1 устанавливают перед раскаткой в матрице 2 и фиксируют в осевом направлении требуемую для деформации изделия выставленную из матрицы часть заготовки с помощью выталкивателя 6. К торцу выставленной части заготовки 1 подводят валок 3, а к боковой выставленной части заготовки 1 подводят ролик 4 до касания его рабочей поверхностью всей боковой поверхности выставленной части заготовки. При этом ролик 4 касается также своей рабочей поверхностью части боковой поверхности валка 3. Матрицу 2 с заготовкой 1 при помощи шпинделя 8 приводят во вращение требуемым моментом М и осуществляют осевую подачу S_ос валка 3. При этом начинается процесс ротационной высадки заготовки 1 и формообразование фланца. Ролик 4 осуществляет в процессе раскатки радиальный подпор Р₂ всей выставленной части и создает в локальной зоне деформации радиальные сжимающие напряжения, которые накладываются на напряжения Р₁, вызываемые действием валка.

Совместное воздействие валка 3 и ролика 4 приводит к образованию в указанной общей зоне напряженного и деформированного состояния всестороннего неравномерного сжатия, благоприятного для деформации всех материалов и, особенно, малопластичных. С целью сохранения указанного состояния в процессе всего процесса раскатки и формообразования качественного изделия валок 3 подают дополнительно в радиальном направлении S_рад синхронно с радиальной подачей Rрад ролика 4. При этом усилие радиального подпора с помощью управляемого силового гидроцилиндра сохраняется на нужном уровне, необходимом для компенсации растягивающих напряжений на образующей получаемого утолщения раскатываемой заготовки. При достижении необходимой величины фланца процесс останавливают, валок 4 возвращают в исходное положение, готовое изделие извлекают из матрицы при помощи выталкивателя 6.

Результаты исследований показали, что размер ступени при комбинированной раскатке на 12-14% больше, чем при обычной торцевой раскатке без радиального подпора.

Благоприятный характер деформации по схеме всестороннего неравномерного сжатия подтверждается исследованием распределения плотности по сечению раскатанного бурта [4]. На рис.2 представлены распределения плотностей в деформированных частях заготовок.

Рис. 2 Распределение плотности в деформированных частях заготовок:

слева – при торцевой раскатке; справа – при радиально-торцевой раскатке

Применение ротационных процессов объемного деформирования пористых заготовок позволяет расширить возможности холодной объемной штамповки спеченных порошковых материалов, прежде всего за счет снижения удельных усилий и повышения стойкости штамповой оснастки.

Локальный характер приложения комбинированных деформирующих усилий и значительные сдвиговые деформации, связанные с течением материала по торцу матрицы, создают возможность получения практически беспористых осесимметричных деталей широкой номенклатуры с развитыми сложнопрофильными элементами у одного из торцов заготовки, а также возможность получения деталей с широкими фланцами, подшипники скольжения с буртами, ступенчатые втулки и др.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Специальные технологические процессы и оборудование обработки давлением / Голенков В.А., Дмитриев А.М. и др. – М.: Машиностроение, 2004. – 464 с.

2. Исследование процесса холодной торцовой раскатки пористых кольцевых заготовок. К.Н. Богоявленский, Н.М. Елкин и др.Порошковые, композиционные и текстурованные материалы. Сборник научных трудов. Труды ЛПИ №417. Л.: 1986. с 39-42.

3. Патент №123699, Российская Федерация, МПК В21Н1/00.

4. Кузнецов П.А., Зайцев А.М., Кузнецова М.А. Анализ технологических возможностей процесса комбинированной радиально-торцевой раскатки при изготовлении осесимметричных деталей из спеченных материалов// Современное машиностроение наука и образование: Материалы 4-й Международной научно-практической конференции / – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2013.– С. 856-866.