Technology of upsetting process for parts with rectangular head and spherical radius

Full Text

Введение Насущные требования по снижению отходов металла, энергоемкости, повышению производительности на основе эффективного использования оборудования при производстве клеммных болтов железнодорожного полотна могут быть реализованы путем применения малоотходных и безотходных технологий [4-10]. Постановка задачи. Производство указанных деталей в настоящее время осуществляется на непроизводительных, конструктивно сложных и трудоемких в наладке, обслуживании и ремонте автоматических линиях с использованием устаревших технологий (комбинированные методы горячей и холодной штамповки), с большими энергозатратами и высоким отходом металла. В состав автоматической линии по производству болтов входят правильно-разматывающее устройство, отрезной пресс, установка индукционного нагрева, горячевысадочный автомат, установка для охлаждения, два траспортера, дробеметная установка для очистки окалины, фаскоподрезные автоматы. Обслуживают автоматическую линию 15 человек. Занимает она значительную производственную площадь. Кроме того, готовые болты имеют невысокую прочность и точность размеров. На основе анализа формы и размеров клеммного болта и процессов холодной объемной штамповки разработан технологический процесс производства клеммного болта на автоматах для холодной объемной штамповки. При разработке технологических процессов холодной объемной штамповки такого типа болтов основная сложность заключается в нетрадиционной, прямоугольной в плане формой их головки. Предлагаемый технологический процесс штамповки клеммного болта на четырехпозиционном холодновысадочном автомате состоит из следующих операций: предварительная высадка головки с коническим набором, высадка в цилиндрической полости пуансона, высадка головки болта в матрице с полостью прямоугольной формы, объемная калибровка головки болта. Накатка резьбы на стержне болта осуществляется на резьбонакатном устройстве самого автомата. Для экспериментальной проверки разработанной технологии на гидравлическом прессе модели ПО-54 усилием 20000 кН изготовлен инструмент и устройство, имитирующее условия работы на многопозиционном автомате. Высадка деталей с прямоугольной в плане головкой требует значительных удельных усилий – намного выше, чем высадка круглых головок. При этом отмечено, что наибольшее влияние на усилие оказывает величина радиуса закругления головки. В то же время прямоугольный пуансон подвергается интенсивному износу, и именно угловые его элементы изнашиваются в первую очередь. А силовой режим высадки таких деталей еще недостаточно изучен. Разработка методики определения нагрузок на инструмент в зависимости от радиуса закругления в угловых элементах поковки является актуальной задачей. Такой анализ показывает все интересующие инженера характеристики при разработке новых технологических процессов. Как показывает практика, при производстве изделий, процесс изготовления которых был рассчитан на ЭВМ конечно-элементной системой, не отличается от действительного. В данной работе исследованию подвергается процесс высадки стержневых деталей с прямоугольной в плане головкой конечно-элементной системой Q-Form 3D. Целью работы является разработка и исследование технологических процессов штамповки стержневых деталей с прямоуголной в плане головкой с заданной конфигурацией и геометрическими размерами. На рисунке 1 показана исследуемая деталь «клеммный болт». Детали такого типа изготавливаются для железнодорожной промышленности, где потребность в них достигает 2…3 млн. штук в год. Для рельсового полотна железной дороги для изготовления изделий необходимо снизить себестоимость за счет внедрения новых технических решений. На рисунке 2 показаны исследуемые технологические процессы получения заданной детали. Рисунок 1. Чертеж детали «Клеммный болт» Рисунок 2. Технология штамповки клеммного болта Исходя из полученных технологических процессов переносим параметры технологических переходов в конечно-элементную систему Q-Form 3D. Это позволит отыскать такие значений деформации и кинематики течения металла на каждой технологической операции, при которых работа деформирования будет наименьшей, а также позволит оценить физико-механическое состояние деформируемого металла в каждой точке очага деформации. На рисунках 3,4,5 показаны результаты моделирования технологического процесса, где в первую очередь из стержневой заготовки формируется стрежневая деталь с прямоугольной в плане головкой. Такая технология состоит пяти переходов: предварительная высадка головки с коническим набором, высадка в цилиндрической полости пуансона, высадка головки болта в матрице с полостью прямоугольной формы, объемная калибровка головки болта. Материал заготовки сталь 10, коэффициент трения 0,09, температура окружающей среды и заготовки на каждом переходе 20ºС. Деформация производится в механическом прессе усилием 10 МН. Рисунок 3. Первый переход, график силы Рисунок 4. Второй переход, график силы Рисунок 5. Третий переход, график силы Высадка деталей с прямоугольной в плане головкой (3-я операция рекомендуемого технологического процесса штамповки болтов на автомате) требует значительных удельных усилий: намного выше, чем высадка круглых головок. При этом отметим, что наибольшее влияние на усилие оказывает величина радиуса закругления головки. В то же время прямоугольный пуансон подвергается интенсивному износу, а именно: угловые его элементы изнашиваются в первую очередь. При экспериментальной проверке предлагаемого технологического процесса штамповки болтов регистрировались максимальные технологические усилия и вычислялись максимальные удельные нагрузки на инструмент, которые составляют: № операции Сила (кН) 1 308 2 374 3 1863 Выводы Как показывают результаты моделирования, при равных показателях с экспериментальными (максимальное усилие 7 МН, степень деформации 4,75) для получения детали «клеммный болт» в условиях серийного производства описанная технология применима и может быть использована. Такие выводы вытекают из формообразования 3 перехода. Высаживая прямоугольную в плане головку, получаем деталь с заполненными металлом радиусами.

About the authors

D. A Glazunov

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI)

Ju. G Kalpin

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI)

A. V Molodov

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI)

Ju. K Filippov

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI)

References

Supplementary files