книги из ГПНТБ / Капорович В.Г. Обкатка в производстве металлоизделий

а)

Рис. 3. Схема раскатки и сил действующих в зоне деформиро­ вания

щем: плоской заготовке 3 (рис. 3, а, б), зажатой между прижимом 4 и конусной оправкой 2, сообщается враща­ тельное движение вокруг оси конусной оправки, одно­ временно холостому ролику 1 — поступательное движе­ ние в направлении, параллельном образующей оправки. Сложением вращательного движения с поступательным достигается последовательное перемещение очага дефор­ мации по конической винтовой линии.

Д. М. Труновы» предложен новый способ раскатки по схеме 15 в табл. 1, позволяющий получить еще боль­ шую локализацию деформации

Раскатка конусов на оправке сопровождается слож­ ными явлениями, связанными с несимметричным при­ ложением усилий и с неустановившимся процессом де­ формирования, что вызывает значительные трудности при теоретическом исследовании этого процесса.

Развитию теории процесса раскатки способствовали труды Е. А. Павлова, Н. Д. Томленова, В. Г. Кононенко, В. Ф. Баркая, Ю. М. Матвеева, С. И. Борисова, Ю. Н. Алексеева, В. П. Осипова, К. Д. Елина, И. В. Канеева, В. Е. Луцкого, Н. И. Могильного, Д. М. Трунова, а также зарубежных авторов — Л. А. Паултоыа, Б. Н. Колдинга, С. Колпаксиоглу, С. Кобаяси, В. Авитцура, С. Т. Янга, Л. Кегга, И. К. Холла.

Сложный процесс раскатки конуса роликом на оп­ равке одни исследователи рассматривают как знако­ переменный изгиб с одновременной прокаткой заготовки вдоль конической винтовой линии, другие — как после­ довательное вдавливание инструмента в металл с полу­ чением сливающихся лунок («луночная теория»). Широ­ кое распространение получила теория, основанная на

1 Авторское свидетельство № 241379. Бюллетень «Открытия, изобретения, промышленные образцы и товарные знаки», 1969, № 14.

23

сдвиговом механизме деформации, представляющая де­ формацию раскатки конуса на оправке как простой ме­ ханизм сдвига слоев металла.

Представление о сдвиговом механизме деформации при раскатке конуса на оправке значительно упрощает теоретические выкладки, с помощью которых, как пока­ зали последние исследования [30], можно получить зна­ чения усилий деформирования, близкие к эксперимен­ тальным.

В соответствии со сдвиговой схемой деформации, ис­ ходная ширина весьма тонкого слоя металла (d\=So), рассматриваемого в заготовке до деформации, в процес­ се раскатки не изменяется, а подобно тому, как происхо­ дит при сдвиге ленты, свернутой в рулон, подвергается только сдвиговой деформации в осевом направлении. После деформации толщина стенки конуса

При раскатке не плоской, а конусной заготовки (за­ готовка получена штамповкой, литьем, механообработ­ кой, обкаткой или раскаткой плоской заготовки) толщи­ на стенки готовой детали

где s — толщина стенки заготовки.

Предварительное профилирование плоской части за­ готовки, предназначенной для раскатки иа конус, позво­ ляет получать заданное распределение толщины стенки вдоль образующей. Зависимость между толщиной стен­

контактирует с деформируемой заготовкой. Металл по мере его перемещения в контактную зону деформируется

Простейший анализ процесса раскатки конуса роли­ ком на оправке, основанный на сдвиговом представле­ нии механизма деформации, может быть выполнен с помощью метода работ: работа внешних сил на соответ­ ствующих им перемещениях равна работе внутренних сил

24

Без учета работы сил контактного трения, упругих деформаций и деформации выдавливания элементарная работа внешних сил может быть представлена так:

где dV=msdl — объем деформируемого металла за вре­

растяжения образцов из деформируемого металла, по­ лучим

25

Далее через Т приближенно определяют компоненты NP, Nz силы N, нормальной к .поверхности зоны де­ формации:

Зная радиус приложения усилий и угловую скорость вращения шпинделя, определяем крутящий момент на шпинделе, мощность и работу раскатки.

Более уточненную, но также приближенную форму­ лу для определения мгновенной касательной составляю­ щей силы, действующей па ролик, предложили В. Авитцур и С. Янг:

где

да-

At.

Если пренебречь влиянием скорости деформации

— . Д И * Т 0 Ô = 0; если пренебречь также величиной Л ,

как малой по сравнению с величиной 2nRotncosa, то формула (9) будет аналогична формуле (7).

Более упрощенный анализ усилий деформирования основан на представлении, что на деформируемый эле­ мент в одной плоскости действуют три компоненты сил (пренебрегается составляющими сил, направленными перпендикулярно плоскости чертежа). Предполагается, что на контактной поверхности нормальное напряжение распределено равномерно. Компонента Р направлена от центра радиуса закругления рабочей части ролика к се­ редине дуги контакта ролика с деформируемой заго-

26

товкой. Компонента G — реакция оправки, направлена нормально к поверхности конусной оправки; компонен­

Обозначив главное направление, возникающее под действием составляющей С, через сть а главные напря­ жения, возникающие под действием составляющей G, через 02 и аз и приняв условие аі>02 = стз, запишем уравнение пластичности -

ром возможен чистый сдвиг. Если зазор между роликом и оправкой будет меньше толщины стенки конуса, то аг>0, следовательно,

sin a

отсюда 2a = 33°10' — угол при вершине конуса, при ко-

27

тором теоретически возможно деформирование металла раскаткой.

Определив далее

Из приведенного приближенного анализа видно, что если металл обладает пластичностью, достаточной для деформирования, то его прочностные свойства не огра­ ничивают технологических возможностей процесса рас­ катки. Последние влияют лишь на энергосиловые пара­ метры процесса. Поэтому раскатка широко применяется для обработки труднодеформируемых металлов и спла­ вов.

Теоретически минимальный угол конусной оправки может быть равным 26—27°. Практически, из условия целостности металла, минимальный угол раствора, при котором возможна раскатка плоской заготовки, состав­ ляет не менее 30°.

При идеально протекающем сдвиговом процессе тол­ щину стенки после раскатки определяют из зависимости

(1). Однако если зазор z между раскатным роликом и

шение условия (1) вызывает незначительное изменение

Для раскатки малопластичных металлов угол конуса

28

О 0,25 0,50 0,75 d

о 1

Рис. 4. Изменение относительной толщины стемки

при вершине ограничивается предельной величиной от­ носительного сужения

3. РАСКАТКА ТРУБ РОЛИКАМИ НА ОПРАВКЕ

Трубы на оправке могут быть раскатаны в холодном, «теплом» и в горячем состояниях прямым и обратным методами по внутренней и по наружной оправке.

Прямой метод раскатки заключается в том, что рас­ катной ролик в процессе раскатки перемещается вдоль оси к свободному концу трубы; при этом направления перемещений ролика и недеформированной части трубы, сползающей с оправки, совпадают (рис. 5). При обрат­ ном методе раскатки направления перемещений ролика

У,

'А

6)

Рис. 5. Схема раскатки трубы прямым (а) и обратным (б) способами на внутренней и на внешней (s) оправках

29