В А Плахотник - Исследование параметров очага деформирования при ротационной многопроходной вытяжке оболочек на станках - страница 1

Страницы:
1  2 

УДК 621.9.022

Плахотник В.А., Конский А.П., Бурлаков Е.И., Сыстерова А.Ф.

ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ОЧАГА ДЕФОРМИРОВАНИЯ ПРИ РОТАЦИОННОЙ МНОГОПРОХОДНОЙ ВЫТЯЖКЕ ОБОЛОЧЕК НА СТАНКАХ

В статье изложены методика и результаты анализа параметров очага деформирования при ротационной многопроходной вытяжке оболочек из листовых заготовок.

Ключевые слова: ротационная многопроходная вытяжка, заготовка, очаг деформации.

Отличительной особенностью ротационной вытяжки является формоизменение металла в локальной зоне контакта инструмента с заготовкой. Параметры очага деформирования определены в зависимости от формы и размеров заготовки и инструмента, взаимного их расположения, режимов обработки, с учетом величины внеочаговой деформации.

Предложенная методика проверена при аналитическом определении деформирующих усилий процесса ротационной многопроходной вытяжки и дает удовлетворительную сходимость с экспериментальными данными.

Постановка проблемы. Для разработки и совершенствования технологии изготовления оболочек, оборудования и инструмента большой интерес представляет исследование очага деформирования, так как его геометрические размеры в значительной степени определяют усилия вытяжки.

Одним из важнейших факторов, влияющих на стабильность протекания процесса ротационной вытяжки и качество оболочковых деталей, является схема деформирования и форма зоны контакта давильного ролика с заготовкой. Поэтому аналитическое определение параметров очага деформирования имеет большое значение, т.к. позволяет более точно рассчитать усилие вытяжки, уменьшить разностенность. Последнее, соответственно, дает возможность уменьшить массу получаемых оболочек, улучшить эксплуатационные характеристики, повысить коэффициент использования металла и снизить их стоимость.

Цель статьи. Исследование параметров очага деформирования при ротационной многопроходной вытяжке оболочек из конических заготовок и получение методики аналитического расчета.

Материалы и результаты исследования. Эффективным методом получения осесимметричных оболочковых изделий в условиях единичного и серийного производства является ротационная многопроходная вытяжка (РМВ) на токарно-давильных станках.

Очаг деформирования представляет собой участок оболочки, образованной сопряжением обрабатываемой детали и давильного инструмента в месте их контакта (рис. 1,а). Он определяется конфигурацией заготовки, геометрией давильного ролика и характеризуется углом охвата 5 , высотой С в сечении максимальной деформации , длиной Н и шириной Б (рис. 1,б).

Параметры очага при движении давильного ролика в прямом и обратном направлениях отличаются друг от друга, поэтому очаг деформирования рассматривается раздельно для прямого и обратного проходов.

Параметры очага деформирования при прямом проходе инструмента. Определение параметров очага целесообразно проводить в тот момент, когда давильный ролик полностью пройдет участок внедрения, т.е. угол охвата 5 достигнет наибольшей величины. Этому положению ролика согласно экспериментальным данным соответствует .максимальному значению усилия ротационной вытяжки [2]. При прямом проходе после внедрения ролика усилие практически не изменяется, при этом составляющие Px и Py примерно равны. Такое изменение

усилия вытяжки и его составляющих позволяет судить о стабилизации площади контактной поверхности инструмента с заготовкой и одинаковой ее ориентации в пространстве = 45o) в течение всего прямого прохода после участка внедрения.

а 6

Рис.1. Определение геометрических параметров очага деформирования: а - положение очага в направлении действия сил; б - геометрические параметры очага

Угол охвата найдем из геометрических построений, представленных на рис. 2:

5 = 2(а -со):

71

2

-2со,

где со - угол наклона образующей конуса после прохода давильного ролика. Длина хорды, характеризующая ширину очага, будет В:

5

B = fk = 2Rr sin -,

(1)

(2)

где Rr - радиус рабочей части ролика.

Радиус оболочек в рассматриваемом сечении определяется зависимостью:

2Rr sin 2 sin(oc- ф) sin со

+ r„.

(3)

где

sin^- со)

Ф - угол наклона образующей конической заготовки до прохода давильного инструмента; г - радиус меньшего основания конической заготовки.

Определим максимальное значение внедрения ролика в коническую заготовку (c = kkj) при его смещении вдоль конической образующей на величину подачи инструмента за один оборот заготовки (S = OjOj).

Пусть начальные координаты точки Oj будут xoy0, тогда координаты нового центра рабочей части ролика определяются из соотношений:

: x0 + Scosсо,

У0 = y0 + Ssin со. Из уравнения окружности с центром O/ имеем:

y = y0 V"r

yk2 = y0

"(x0 - x0)2:

=y0 -VR^

(x

k2

Ввиду того что принимаемые на практике относительные подачи сравнительно малы (S/d0 = 0,004...0,04), можно полагать с точностью до малых более высокого порядка, чем S, при этом:

yk2 = yk + Ssin Ю"

-Scos со,

y0- yk

но из треугольника O1ke, поэтому:

где

-0- = tg(5 + a>),

y0- yk

c = yk - yk2 = S[tg(5 + со) cos w - sin со],

yk = r + Rr[cos со- cos(5+ro)].

Радиус давильного ролика в сечении максимального внедрения сечение А-А можно выразить зависимостью:

R1 = k2k3 = R + Rr[cos(5 + ro)-1] + c + sinro , максимальный радиус ролика в нормальном к оси сечении. Расстояние между осями заготовки и давильного инструмента будет:

l = k1k3 = yk + R1 - c = r + Rr[cos со - cos(5 + ro)] + R1 -

(4) (5)

в коническую заготовку

где R= O2e

c (6)

Найдем наибольшую длину очага деформирования Н. Обозначим величину kjk через а. Из треугольника получим:

0   e2 + R,2 - a2 cos 0 =

2Rje

Тогда длина очага деформирования определится зависимостью:

н = J r2 - ,£11^ у. (7)

Очаг деформирования представляет собой часть торовой поверхности, ограниченной двумя кривыми пересечения поверхности ролика с поверхностью деформируемой детали. При аппроксимировании проекции линии пересечения кривыми второго порядка можно весь контур очага разбить на два участка fin' и nbk. Линия fin' близка к эллипсу, у которого дискриминант в базовом треугольнике mfn' будет:

f = 0,5.

На рис. 2 проекция очага деформирования до аппроксимации показана пунктирной линией, а после аппроксимации - сплошной.

Если принять f=0,5, то площадь под кривой несколько увеличится. Однако приняв участок nbk/ за прямую линию, получим уменьшение площади, которая скомпенсирует на участке fin.

Приведенные предположения были проверены путем сопоставления площадей проекций очага деформирования, построенных графическими методами начертательной геометрии с аппроксимированными значениями. Проверка производилась при различных сочетаниях технологических факторов обработки, при этом относительная разность площадей не превышала 1...1,5%. Таким образом, с достаточной степенью точности площадь очага можно определить как площадь четверти эллипса с полуосями Н и В.

F = - BH. (8) 4

Параметры очага деформирования при обратном проходе инструмента. На рис. 3 приведена расчетная схема для определения параметров очага деформирования при обратном проходе давильного инструмента в сторону дна заготовки.

Рис. 2. Расчетная схема для определения     Рис. 3. Расчетная схема для определения параметров очага деформирования при        параметров очага деформирования при прямом проходе инструмента обратном проходе инструмента

Угол охвата в этом случае можно представить в виде суммы двух углов:

5 = 5j +52, (9)

где 5j = LpOjq = оо, а 52 необходимо определить.

Экспериментальными исследованиями установлено, что радиус округления оболочки перед давильным роликом O2k равен радиусу округления рабочей части давильного инструмента:

O2k = kOj = Rr.

Обозначим   ff, = r-   радиус  оболочки   в   распариваемом  сечении.   При определении

максимальной площади очага деформирования целесообразно выбрать сечение оболочки при крайнем нижнем положении давильного инструмента, тогда:

r = r0 + Rr(l - cos со). (10)

Координата X1 = Ok1 может быть определена из уравнения прямой DD2:

где XD, =OD,;rD2 =D,D2 - геометрические размеры конической заготовки. Учитывая принятые обозначения, найдем координаты центра:

x0 = x1 - R r sin oo,

y0 = r + R r cos oo.

Определим отклонение центра O, от прямой DD2 :

A = -x0 sin 9 + y0 cos ф-г0 cos ф. Если A> 0, то центр округления рабочей части давильного ролика O1 и начало координат О лежат по разные стороны от прямой DD2 , тогда A = O,m, а из треугольника O2e,O,

R + A

Le1O1O2 = arcsinr-.

Угол охвата при A>0 определится следующим соотношением:

лл R +A

5 = LkO1q = Le1O1O2 + ro - ф = — + со - ф- arcsinr-.

1     2      1 1 2 2 2Rr

Аналогично определяем угол 5 для участка A < 0:

5= — + го-ф- arcsinr-.

22Rr

Таким  образом,  угол охвата  при движении давильного  ролика  назад определится зависимостью:

5 л . Rr + A (11) 5= — + го-ф- arcsinr-, v '

22Rr

где знак «+» при A> 0, а знак «-» при A < 0

Страницы:
1  2 


Похожие статьи

В А Плахотник - Исследование параметров очага деформирования при ротационной многопроходной вытяжке оболочек на станках