Design a tool for hot rolled workpiece

Abstract

The article considers the methodology of designing groove of sectors-die-rolling workpiece in the oval and round gauges. The result of analyzing the experimental data obtained by the regression equation allows to consider the rolls springing and the irregularity in widening of workpiece in die groove design

Full Text

При профилировании заготовок под последующую штамповку наиболее часто применяют вальцовку в системе овальных и круглых калибров за два, три или четыре прохода по схемам круг-овал-круг, круг-овал-круг-овал и круг-овал-круг-овал-круг [1]. Определение размеров ручьев секторов-штампов производится на основании чертежей переходов вальцованной заготовки. Глубину вреза ручьев следует назначать с учетом пружинения валков . Пружинение заключается в увеличении межосевого расстояния валков ковочных вальцов и, следовательно, высоты калибра. Величина пружинения зависит от конструкции вальцов и силы деформирования . Высота калибра должна быть меньше высоты соответствующего сечения заготовки на величину пружинения . Поэтому при проектировании инструмента глубину вреза верхнего и нижнего ручьев уменьшают на величину на всей длине деформируемого участка. Радиус ручьев оставляют расчетным. Теоретическими и экспериментальными исследованиями установлено, что при вальцовке в овальных калибрах площадь контакта с заготовкой и, следовательно, сила деформирования больше, чем при вальцовке в круглых или квадратных калибрах. Поэтому при проектировании секторов-штампов во избежание образования бокового заусенца в следующем по ходу деформирования калибре достаточно уменьшить на величину пружинения только расчетную высоту овального калибра [2, 3]. При проектировании овального калибра следует также учитывать неравномерность уширения металла по длине деформируемого участка, так как от ширины полученной овальной заготовки зависит возможность вальцовки в последующем круглом калибре. Вблизи необжимаемых головок заготовки реализуется процесс нестационарной деформации. Головки оказывают сдерживающее влияние на уширение металла, в результате чего возможно незаполнение ручьев в последующем круглом калибре вблизи головок. Влияние головок на течение металла в средней части обжимаемого участка практически не сказывается. Здесь процесс деформации является установившимся (стационарным) и овальная заготовка имеет большую ширину. Поэтому в средней части участка возможно образование бокового заусенца при вальцовке в последующем круглом или квадратном калибре [4]. Если коэффициент вытяжки более 1,3, то возможно образование бокового заусенца и в самом овальном калибре. Образование бокового заусенца в круглом калибре особенно недопустимо при использовании вальцованных заготовок взамен полученных выдавливанием для последующей продольной (торцевой) штамповки круглых в плане поковок [5]. В этом случае вальцованная заготовка укладывается деформированной частью в штамповочный ручей, расположенный вертикально, и боковой заусенец (при его наличии) может привести к браку поковок. Таким образом, к полуфабрикату предъявляются повышенные требования по качеству. Одним из основных требований является отсутствие бокового заусенца. Учет пружинения и неравномерности уширения заготовок при проектировании калибров позволяет получать заготовки без заусенца. Использование профилированных вальцовкой заготовок взамен полученных выдавливанием при производстве круглых поковок внедрено на кузнечном заводе ОАО «КАМАЗ-Металлургия». Для определения рациональной конструкции овальных калибров, учитывающей различную степень уширения по длине заготовки, предложено деформируемый участок разделить на два участка длиной (они примыкают к необжимаемым головкам) и средний участок длиной (рисунок 1). Результаты экспериментов и расчетов показали, что для получения качественной вальцованной заготовки при использовании схемы деформирования круг-овал-круг необходимо уменьшить высоту овального калибра на некоторую величину на участке . а) б) Рисунок 1. Заготовка с участками незаполнений длиной после вальцовки по схеме круг-овал: а – вид сбоку, б – вид сверху Для аппроксимации формул, позволяющих рассчитывать значения и , использовали массивы данных, полученных путем анализа результатов доводки инструмента и внедрения новых технологий вальцовки заготовок на двухопорных ковочных вальцах моделей ARWS-2а, ARWS-2, ARWS-1а и ARWS-1 фирмы Eumuco. Наличие указанных эмпирических формул позволяет уточнить методику проектирования ручьев секторов-штампов. Проведен анализ около 40 технологий вальцовки заготовок за два, три и четыре прохода по схемам круг-овал-круг, круг-овал-круг-овал, круг-овал-круг-овал-круг. В таблице 1 приведена краткая техническая характеристика ковочных вальцов и диапазоны изменения технологических параметров в исследованных технологических процессах. Выполнены все этапы статистической обработки опытных данных: проверка массивов на соответствие закону нормального распределения, отсев грубых погрешностей, расчет коэффициентов уравнений регрессии и проверка значимости полученных уравнений, проверка значимости коэффициентов регрессии, проверка массивов остатков на соответствие закону нормального распределения. В результате получены уравнения регрессии для расчета пружинения в зависимости от усилия вальцовки следующего вида [2, 3]: ARWS-1 и ARWS-2 – ; ARWS-1а и ARWS-2а – . Таблица 1 Краткая техническая характеристика ковочных вальцов и диапазоны изменения технологических параметров № п/п Параметры Модель вальцов ARWS-1 ARWS- 1а ARWS-2 ARWS-2а 1 Номинальное межосевое расстояние, мм 370 460 560 680 2 Номинальная сила вальцовки, кН 630 920 1250 3000 3 Объем выборки 10 8 19 29 4 Диаметр исходной заготовки, мм 50…60 50…70 70…95 65…130 5 Коэффициент вытяжки 1,23… 1,45 1,24… 1,65 1,16… 1,55 1,16… 1,53 6 Отношение осей овальной заготовки 1,4… 2,3 1,2… 2,9 1,3… 2,7 1,5… 2,7 7 Пружинение , мм 0,9…2,0 1,4…1,9 1,5…2,7 1,3…3,3 8 Сила вальцовки , кН 350… 630 330… 920 830… 920 1080… 3000 Коэффициенты регрессии и для каждой модели вальцов имеют свои числовые значения. Диапазон изменения коэффициентов корреляции для полученных уравнений = 0,76…0.82. Получены также уравнения регрессии для расчета параметра , на величину которого следует уменьшить высоту овального калибра в средней части обжимаемого участка в первом или втором проходах с целью компенсации неравномерности уширения заготовок [4]. Эти уравнения имеют следующий вид: . Здесь D – номинальное расстояние между осями валков ковочных вальцов, - длина деформированного участка круглой заготовки после второго или четвертого прохода, - диаметр исходной заготовки, - высота калибра с учетом пружинения, - суммарная вытяжка за два прохода (первый и второй или третий и четвертый). Рассмотрим пример проектирования ручья сектора-штампа, выполненного с учетом уменьшения высоты овального калибра для компенсации пружинения валков и неравномерности уширения заготовки. На рисунке 2 представлена заготовка после первого прохода вальцовки по схеме круг-овал. Полное количество проходов 4: круг-овал -круг-овал-круг. На рисунке 3 показан овальный ручей первого прохода. Поперечный разрез ручья А - А соответствует участку , а разрез Б - Б участку . Высота калибра с учетом пружинения на участке длиной : мм. Учтенная величина пружинения = 3,2 мм (это разница между высотой заготовки в сечении А – А и ). Высота калибра на участке длиной с учетом глубины вреза (16,9 мм) и зазора между секторами (6 мм): мм. Размер - это фактическая высота калибра в рассматриваемом поперечном сечении с учетом пружинения валков и неравномерности уширения металла. Таким образом, высота калибра на участке с установившейся деформацией дополнительно уменьшена на величину = 2,4 мм. Рисунок 2. Эскиз заготовки после первого прохода вальцовки по схеме круг-овал а) б) Рисунок 3. Продольный (а) и поперечные (б) разрезы овального ручья сектора-штампа Разработанная методика проектирования ручьев секторов-штампов с учетом пружинения валков и неравномерности уширения металла по длине обжимаемого участка заготовки используется на кузнечном заводе ОАО «КАМАЗ-Металлургия».