ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ ТРУБ МАЛОГО ДИАМЕТРА

Аннотация

Рассмотрены параметры дорнования при изготовлении труб малого диаметра.

Полный текст

При изготовлении тонкостенных заготовок труб малого диаметра с толщиной стенки h = 0,5...1,4 мм необходимо определить усилия дорнования, контакт- ные давления и другие параметры. Измерение усилий дорнования производилось с помощью однокомпо- нентного упругого динамометра с фольговыми тензо- резисторами. Запись электрических сигналов, посту- пающих от динамометра, выполняли через усилитель ТА-5 шлейфовым осциллографом Н071,5 м с точно- стью не ниже ± 1 %. Исследовались заготовки труб Ш 3 мм из сплава 32 НКД, стали 45, стали 20, меди М1. Параметрами, оказывающими влияние на усилие дорнования были выбраны: диаметр канала трубы (d), степень натяга (а), твердость материала заготовки НВ. Из графиков экспериментальной зависимости уси- лия дорноваания F и усилия дорнования трубчатых image заготовок из меди (рис. 1, 2) видно, что F = f (d, a, HB). Метод дорнования при выбранных параметрах по- зволяет обрабатывать тонкостенные трубчатые заго- товки с толщиной стенки h = 0,5...1,4 мм. Важными технологическими параметрами являются усилия дор- нования для создания эффективной технологии. Усилия дорнования необходимо использовать для оценки прочности хвостовика инструмента - дорна, расчета его инструмента и непосредственно трубчатой заготовки, подбора вида смазки, а также контактных давлений и других параметров. На основе однофак- торных экспериментов была получена зависимость для расчета усилий дорнования: F = сHB dxay = 1,235d0,57 а1,345НВ, где с - коэффициент; НВ - твердость материала; d - диаметр канала трубчатой заготовки; а - степень натяга. 2500 2000 1-сталь45; d=3мм F, Н 1500 2-сталь20; d=3мм 1000 3-сплав 32НКД; инструмент ВК8 4-сплав 32НКД; инструмент ВК8 5-сталь 45; d=1,4мм 500 6-сталь 20; d=1,4мм 0 0,04 0,07 0,10 0,13 0,17 a, мм 900 image Рис. 1. Зависимость усилий дорнования каналов в заготовках 800 700 600 - медь М1; d=3 мм F, Н 500 400 300 - медь М1; d=1,4 мм - сплав 32НКД; d=1,4 мм 200 100 0 0,01 0,025 0,05 0,075 0,09 0,12 а , мм Рис. 2. Зависимости усилия дорнования каналов твердосплавным инструментом image h х 2 L Для обеспечения требуемого качества рабочей по- верхности каналов труб волноводов необходимо обеспечить требуемый уровень контактных давлений в F а 2 hу в 2 hу с 2 L зоне деформирования со стороны инструмента - дор- на. Контактные давления исследовали для той же но- менклатуры труб, что и усилий дорнования. Средние давления на рабочем конусе можно вычислить по d формуле [1]: b image Р = F , pdc Lф (sin a + f cos a) где F - усилие дорнования; dс - диаметр рабочего ко- нуса посреди ширины контакта; Lф - фактическая ши- рина контакта рабочего конуса с трубчатой заготов- кой; б - половина угла рабочего конуса инструмента - дорна; f - коэффициент трения между инструментом - дорном и трубчатой заготовкой. Правомерность приравнивания усилия дорнования усилию на рабочем конусе подтверждается результа- тами измерения усилия дорнования в зависимости от ширины (b) цилиндрической ленточки инструмента - дорна. В работе [1] показано, что влияние ширины ленточки (b) на усилие дорнования F является слабым. Поэтому силами трения на ленточке при b ≤ 3 мм (рис. 3) можно пренебречь, приняв действующие на рабочем конусе усилие равным усилию дорнования. При D/d ≤ 3 для тонкостенных труб волноводов заго- товка в процессе дорнования может подвергатся сквозной пластической деформации. Материал заго- товки в контактном слое находиться в условиях, близ- ких к объемному сжатию. В остальной части заготов- ки напряженно-деформированное состояние близко к состоянию трубы, подвергнутой воздействию равно- мерного внутреннего давления. Ширина контакта рабочего конуса инструментадорна с заготовкой Lа из-за изгиба ее стенок оказыва- ется существенно меньше геометрической ширины Lг, которая определяется по формуле Lг = a/2sinб, где а - степень натяга; б - угол рабочего конуса инструмента. a Рис. 3. Схема взаимодействия инструмента-дорна с трубча- той заготовкой при обработке их дорнованием Дорнование может сопровождаться как положи- тельной, так и отрицательной усадкой (разбивкой) отверстия (hyc) [1] в зависимости от соотношения ме- жду неконтактной деформацией hвk за рабочим кону- сом инструмента - дорна и упругим восстановлением материала заготовки hув. При D/d < 3 дорнование отверстий может проводиться с большими натягами, например, обработка заготовок из горячекатаных и холоднодеформирован- ных труб D/d = 1,2...1,6 может производиться с сум- марным натягом а = (0,1...0,2)d и сопровождаться зна- чительным изменением размеров заготовок. Точность диаметра отверстия канала может быть повышена в несколько раз (с 16...17 до 8...11 квалитетов) [1]. При высоких требованиях к точности отверстий труб вол- новодов (JТ6-JТ7) необходима их предварительная обработка резанием, например, расточка, зенкерова- ние или развертывание. При реализации данного ме- тода половина угла рабочего конуса инструмента - дорна б может составлять 5...6°, коэффициент трения f = 0,2...0,3, шероховатость рабочей поверхности Rа ≤ 0,03 мкм. При таких параметрах дорнование тон- костенных трубчатых заготовок целесообразно прово- дить путем их осевого растяжения за счет усилия дор- нования F и протягивания самой заготовки относи- тельно инструмента-дорна, неподвижно закрепленно- го в станке. Такая технологическая схема в сочетании с применением специальных установочных приспособлений позволяет обеспечить надежное базирование заготовки, снизить до минимума перекосы и изгиб хвостовика инструмента - дорна, закрепленного не- подвижно. При дорновании средние контактные давления оп- ределяются величиной натяга (а) и механическими свойствами материала заготовок и практически не зависят от диаметра канала трубы волновода. При ма- лых натягах контактные давления могут достигать (6...9) дт предела текучести материала заготовки [2]. Для снижения шероховатости рабочей поверхности трубы волновода до требуемых параметров этого вполне достаточно. С увеличением натяга контактные давления падают, причем в области малых натягов наиболее интенсивно. Это объясняется тем, что с по- вышением натяга фактическая ширина контакта рабо- чего корпуса инструмента-дорна с заготовкой растет быстрее, чем усилие дорнования F [2]. Механика пла- стического деформирования в процессе деформирую- щего протягивания должна строиться по следующей технологической схеме: дорнование каналов труб не- обходимо осуществлять за несколько переходов инст- рументами-дорнами с возрастающими диаметрами. При первом протягивании целесообразно использо- вать 60...70 % суммарного натяга дорнования, после- дующие переходы необходимо производить с малыми натягами, при которых обеспечивается высокий уро- вень контактных давлений, что позволит получить высокое качество поверхности (низкую шерохова- тость и отсутствие трещин). Зависимости контактных давлений при дорнова- нии различных сталей и сплава 32НКД, оличающихся своими механическими свойствами (рис. 4), носят не- линейный характер и показывают, что наибольшие средние контактные давления наблюдаются в области а = 0,012...0,015 мм для всех марок сталей. Эти наи- большие контактные давления при малых натягах не- обходимо использовать на финишных операциях при изготовлении каналов малого сечения для обеспече- ния наименьшей шероховатости поверхности. Графики изменения шероховатости канала трубы волновода от натяга для различных марок статей в зависимости от циклов дорнования (1, 2, 3, 4) пред- ставлены на рис. 5. Начало и окончание циклов дор- нования обозначены точками на графике. 3500 3000 2500 P,МПа 2000 1500 сталь 20 сталь 45 сплав 32НКД 1000 500 0 0,015 0,03 0,06 0,09 0,012 а ,мм image Рис. 4. Зависимость средних контактных давлений от степени натяга при дорновании отверстия 4 3,5 3 1 Ra, мкм 2,5 2 2 1,5 1 2 1 3 3 0,5 4 0 1-сплав 36Н 2-сталь 45 -сталь 10880 -сплав 32НКД 5-сталь 20 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 а, мм image Рис. 5. Изменение параметров шероховатости канала труб малого диаметра при дорновании от циклов дорнования и степени натяга а Механические свойства исследуемых марок сталей и сплавов 32НКД и 36Н представлены в таблице. Стали и сплавы НВ д0,2 МПа Е, МПа Сталь 45 1 710 350 202 000 Сталь 20 1 310 285 202 000 Сталь 10 880 1 150 190 202 000 Сплав 32НКД 1 290 299,5 144 000 Медь М1 450 59,9 115 000 36Н 1 300 280...300 150 000 Существенную роль на формирование шерохова- тости оказывает предел текучести д02 сталей и спла- вов. Превышение средних контактных давлений в 3...6 раз на финишных операциях обеспечивает Rа 0,1...0,3 мкм. Из графиков (см. рис. 5) следует, что при дорнова- нии за 2...3 цикла при а = 0,05...0,01, Rа внутреннего канала трубы волновода снижается до требуемой ве- личины, например от исходного Rа 3,2 до Rа 0,14 для стали 20; от исходного Rа 1,8 до Rа 0,08 для сплава 32 НКД после 4 циклов дорнования. В результате проведенного исследования получе- ны следующие выводы: Зависимости усилия дорнования при изготовле- нии труб волноводов носят не линейный характер и описываются степенной функцией. Шероховатость обрабатываемой поверхности определяется уровнем контактных давлений в зоне деформирования со стороны инструмента-дорна и величиной предела текучести обрабатываемого мате- риала. Механика пластического деформирования в процессе деформирующего протягивания должна осуществляться за несколько переходов: первый пере- ход с наибольшими натягами, последующие - с ма- лыми натягами 0,002 5...0,01 мм для обеспечения наи- лучшего качества обрабатываемой поверхности.