Концепция ресурсосбережения с использованием машин и технологий обработки давлением

1020 МПа, что сопоставимо с механическими свойствами штамповых сталей.

Для уменьшения рисков и оценки возможности по реализации этого проекта провели моделирование. При этом использовали гидравлический пресс 6,3 кН, нагревательную печь SNOL 8,2/1100 и штамп из жаропрочного железобетона. Модельными образцами служили патрубки из стали 20 размерами 76×4,5×300 мм, представленные в трех вариантах: без до-

полнительной доработки, с подпирающими пробками (посередине длины патрубков, поскольку взята двойная длина и после разрезки должен получиться требуемый отвод) и заполненные сухим песком. Штамповка производилась при температурах 650, 750 и 850 ºÑ.

При использовании патрубков с наполнителем при температуре штамповки 650 ºС были получены вполне кондици-

онные отводы. Штамп выдержал 9 штамповок с незначительными разрушениями по линии разъема и боковыми опорными поверхностями.

После обсуждения положительных результатов моделирования, изготовили требуемый штамп в натуральную величину и произвели требуемые отводы.

Согласно их измерениям отклонения составили:

–внутреннего диаметра торцов при диаметре, равном 250 мм и толщине стенки 28 мм в пределах 2,0–2,7 мм, при требуемых не более ±3 мм;

–наружного диаметра вне торцов при его номинальном значении (D), равном 299 мм в пределах 7,0–8,0 мм, при требуемых не более ±10,5 мм;

–овальность при D равном 299 мм в пределах 6,0–8,0 мм, при требуемых не более 9,0 мм [см. также Комаишко С. Г., Кулик Г. Н., Суздаль К. В. и др. Штамповка изогнутого отвода из стали 20 // Заготовительные производства в машиностроении. 2008 г. № 2. Ñ. 30–33].

Таким образом, была решена задача получения гнутых отводов с использованием комплексной технологии (горячая штамповка в железобетонном штампе).

II.4.4. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТРОЙНИКА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ

Выбор заготовки для изготовления некоторых деталей ответственного назначения требуется производить с обязательным учетом влияния технологической наследственности

61

Для этого используется поковка, имеющая такой размер, чтобы при разрезке ее по образующим (см. ОТиО 6 и 12) на три части: две горбушки (5) и центральная пластина с дефектной областью (4). В горбушках должно хватить места для вписывания в них размеров тройников (1). На данный процесс получен патент РФ № 2486022.

Таким образом, решена задача получения тройников высокого давления с использованием комплексной технологии (ковка и правильная разделка полученной поковки).

II.4.5. СПОСОБ СВЕРЛЕНИЯ ГЛУБОКОГО ОТВЕРСТИЯ В ДЕТАЛИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ БАЛАНСИРА

Увод сверла зависит от многих факторов [Обработка глубоких отверстий / Н. Ф. Уткин, Ю. И. Кижняев, С. К. Плужников и др.; Под общ. ред. Н. Ф. Уткина. – Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1988. 269 с.]. Когда методы борьбы с уводом, описанные в приведенной литературе, не срабатывают, то возможно минимизировать это смещение привлечением методик из обработки давлением.

До начала процесса сверления определяется неравномерность распределения твердости материала по сечениям заготовки детали вдоль геометрической оси сверления, для чего до начала сверления по всей длине заготовки на одинаковом расстоянии друг от друга производятся замеры твердости материала заготовки в четырех диаметрально расположенных точках сечения. Затем по полученным значениям твердости разрабатывают модель распределения механических свойств заготовки.

Для этого необходимо решить задачу теории упругости о распределении напряжений в теле заготовки.

Примем следующие допущения:

1.Металл однороден, ликвации химического состава отсутствуют, дефектная зона расположена строго по центру заготовки и влияние ее на увод ничтожно;

2.Факторы, обусловливающие увод сверла, связаны, в основном, с неравномерностью при термической обработке (см. следствие 3.2);

3.Измеренный в какой-либо точке параметр металла заготовки, например твердость, является силой, действующей в данной точке;

4.Предварительное засверливание произведено качественно;

63

5. Расход энергии балансира на компенсацию реакции опор ничтожен.

Задача решается методом Герца либо методом комплексной переменной (см. также К. М. Иванов, В. Н. Востров, Г. Н. Кулик и др. Расчетные методы определения напряженного и деформированного состояния при ковке. – СПб.: Химиздат, 2013. – 72 с.).

В соответствии с полученной теоретической моделью задают установку балансира в каждом из сечений и, соответственно, помещают его на детали в районе расположения сверла, после чего производят сверление на соответствующую глубину. В дальнейшем перед каждым последующим сверлением осуществляют проверку и корректировку правильности установки балансира для данного сечения путем измерения фактически получаемой толщины стенки заготовки по кольцевой поверхности с нахождением максимальных и минимальных ее значений. Технический результат: устранение смещения сверла от геометрической оси отверстия. На данный способ выдан патент РФ на изобретение № 2421302.

Таким образом, решена задача получения заготовок деталей, диаметр внутреннего отверстия которых меньше длины в двести раз, с использованием комплексной технологии (механической обработки – измерения твердости – установки балансира, который посредством воздействия своего силового поля на сверло не дает ему смещаться с оси сверления).

64

3.Критерий оценки формы (балл).

4.Критерий оценки минимального количества изделий, необходимых для запуска программы производства (штуки).

5.Критерий оценки технологичности (балл).

6.Критерий оценки влияния негативных факторов происхождения заготовки (балл).

7.Критерий оценки времени, которое требуется для нача- ла выполнения работ (месяцы).

8.Критерий оценки времени, которое требуется для окон- чания выполнения работ (число месяцев до первого изделия).

9.Критерий оценки преодоления негативных факторов, зависящих от типа производства (балл).

10.Критерий стоимости минимальной программы (руб-

ëè).

Описание вариантов технологий:

1.Исходная заготовка – êðóã 325 ìì; Основные технологические операции – термическая обработка – меха-

ническая обработка;

2.Исходная заготовка – êðóã 325 ìì; Основные технологические операции – протяжка заготовки с одной

стороны – термическая обработка – механическая обработка.

3.Исходная заготовка – êðóã 280 ìì; Основные технологические операции – высадка одной стороны заго-

товки – термическая обработка – механическая обработка;

4.Исходная заготовка – труба 325/ 203 мм; Основные технологические операции – термическая обработ-

ка – механическая обработка;

5.Исходная заготовка – труба 325/ 203 мм; Основные технологические операции – протяжка одной сторо-

ны заготовки – термическая обработка – механическая обработка;

6.Исходная заготовка – труба 280/ 203 мм; Основные технологические операции – высадка одной стороны

заготовки – термическая обработка – механическая обработка;

7.Исходная заготовка – трубная заготовка 300/ 50

ìì; Основные технологические операции – прокатка трубы 325/ 240 мм – термическая обработка – механиче-

ская обработка;

8.Исходная заготовка – трубная заготовка 300/ 50 мм; Основные технологические операции – прокатка

66

трубы 325/ 240 мм – протяжка одной стороны заготовки –

термическая обработка – механическая обработка;

9.Исходная заготовка – труба 560×36 ìì; Основные технологические операции – осадка по диаметру до 325

ìì– термическая обработка – механическая обработка;

10.Исходная заготовка – êðóã 200×300 ìì; Основные технологические операции – получение колец из прутка с

помощью стандартной технологии ковки (раскатка) – получе- ние обечайки, т. е. сварка колец между собой (см. 5.17) – термическая обработка – механическая обработка;

Из полученного анализа определено, что эффективные варианты меняются в зависимости от серийности производимых деталей. При единичной программе, если куплена труба 325/ 203 мм, то детали замка необходимо изготавливать

из нее и эта технология будет наиболее эффективна (вариант технологии 4).

При программе производства равной десяти штукам, если имеются в наличии трубы 560×36 мм, будет эффективна технология: осадка по диаметру до 325 мм – термическая обработка – механическая обработка (вариант технологии № 9).

Но если указанные трубы не найдены, то до серийности в восемьдесят восемь штук эффективной будет технология полу- чение колец из прутка с помощью стандартной технологии ковки (раскатка) – получение обечайки, т. е. сварка колец между собой – термическая обработка – механическая обработка, основанная на стандартных операциях ковки, т. е. мелкосерийного производства. При увеличении программы до восьмидесяти восьми штук (это сорок четыре замка), следует обратиться к стандартным технологиям серийного производства – это изготовление партии труб и из них требуемых деталей (вариант технологии № 7).

На основании многокритериальной оценки произведен выбор технологии для разной серийности производства, что должно гарантировать повышение уровня технологической подготовки производства и тем самым качества этих деталей. При изготовлении втулки замка буровой колонны по последней технологии были откованы кольца и получена заготовка деталей замка (см. ОТиО 13А). Технология защищена патентом на изобретение Российской Федерации [патент на изобретение № 2385791]. Данная технология имеет скрытые резервы эффек-

тивности, а именно: представленные здесь расчеты основаны на том, что кольца куются в соответствии с ГОСТ 7829–70, но

67

если создать нормативный документ (см. постулаты 5 и 6), например технические условия, по которому кольца будут производиться с меньшими припусками, а это возможно, то эффективность серьезно поднимется, поскольку масса колец снизится, а вместе с ней и стоимость одной штуки. Существует

èдругой путь подъема эффективности этого варианта, а именно, произвести ковку колец разного диаметра, что также снизит массу заготовки.

Кроме этого, предложены способы получения заготовок данных деталей из материалов с различной ударно стойкостью (см. ОТиО 17) (патент на изобретение № 2465112), из металлолома (см. ОТиО 3)(патент на изобретение № 2465980)

èиспользуя методику двухсторонней прошивки для получе- ния заготовок полых деталей с утолщениями (патент 2475330

èпатент 2486986), что вместе взятое должно улучшить техни- ко-экономические показатели производства деталей замка бурильной колонны.

68

путем моделирования добиться получения оптимальных расходов. Получены патенты на изобретение № 2475330 è

№2486986;

4.Предложена гипотеза механизма двухсторонней кузнеч- ной прошивки, основанная как на теоретических предпосылках, так и практических исследованиях, состоящая в том, что верхний прошивень, взаимодействуя с заготовкой, создает в ней, следуя решению задачи Фламана, тороидное силовое поле, которое при увеличении взаимодействия развивается и достигает боковой поверхности заготовки, что позволяет верхнему прошивню начать внедрение в заготовку. Далее величина силового поля находится примерно на одном уровне до момента, когда между верхним и нижним прошивнями остается расстояние 0,35 величины диаметра прошивня, и тогда на первую роль выходит металл в виде обоймы вокруг этой области, следуя решению задачи Лямэ.

5.Адаптирован способ многокритериальной оценки, основанный на исследовании бинарных отношений критериев при использовании Парето – оптимальных решений многокритериальных задач, к решению задач в условиях влияния различной серийности производимых заготовок, на основании которого уже на стадии технико-экономической проработки возможности изготовления формируется понимание, как это необходимо делать.

6.Сбережены различные виды ресурсов путем производства востребованных заготовок из сырья в виде лома и отходов металла, минуя стадию его переплава, что несет в себе огромный экономический и экологический эффекты.

7.Получены неоднократные подтверждения того факта, что даже достаточно сильно испорченный металл доводился до кондиции деформационным воздействием с помощью машин и технологий обработки давлением.

70