Совершенствование процессов дорнования отверстий трубчатых заготовок

• Автор: Исаев, Альберт Николаевич
• Шифр специальности: 05.02.08
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Ростов-на-Дону
• Количество страниц: 399 с. : ил.

Исследования и практика эксплуатации машин показывают, что для обеспечения надежности изделий в течение длительного времени наиболее эффективными методами повышения качества поверхностей широкого круга деталей в машиностроении являются упрочняюще-чистовые и формообразующие методы, основанные на деформационном механизме формирования поверхностного слоя. Так, в производстве ответственных деталей типа гильз, корпусов гидравлических и пневматических цилиндров, втулок, колец широко применяются процессы дорнования отверстий. Проскуряков Ю.Г., Розенберг O.A., Монченко В.П. и другие исследователи приводят многочисленные примеры успешного внедрения этих процессов в производство деталей автомобилей, тракторов, комбайнов, авиационной техники [27, 89, 95, 122, 124].
Изделия различных конструкций из трубчатых заготовок нередко используются для работы в условиях повышенных нагрузок. Например, корпуса гидравлических цилиндров подвергаются внутреннему давлению в десятки и даже сотни мегапаскалей. Прочность материала таких изделий можно существенно повысить пластическим деформированием. Весьма эффективны составные конструкции корпусов, состоящие из двух и более концентрично посаженных друг на друга цилиндров, скрепленных внутренними силами упругости. Наиболее перспективным методом сборки составного корпуса является дорнование отверстий.
В машиностроении применяется большое количество деталей, рабочие поверхности которых должны обладать специфическими свойствами по параметрам износостойкости, прочности, твердости, теплопроводности и др. Детали в таких случаях целесообразно изготавливать как составные из разных материалов. При этом основной корпус может быть выполнен из более простого и дешевого, чем втулка, материала. В ряде случаев вместо цельной тонкостенной втулки целесообразно применить свернутые, изготовленные из специальных пластин, биметаллических лент и-т.п. [157]. По сравнению с обычными изготовление свернутых втулок менее трудоемко (от 2 -X до
раз), практически исключаются отходы металла в стружку [75, 77]. Этот метод эффективен при выполнении ремонтных работ для замены изношенных втулок новыми. Экономический эффект от применения пластин для ремонта деталей достигает 80 % от стоимости новых.
Существенный вклад в разработку теоретических основ, совершенствование процессов и технологической оснастки внесли исследования, выполненные под руководством профессора Ю.Г. Проскурякова в г. Ростове-на-Дону [95, 112, 127, 142, 152 и др.]. Вторая крупная научная школа в этом направлении развивалась под руководством профессора O.A. Розенберга в Киеве [14, 54, 150 и др.] Из теоретических и практических работ других авторов заслуживают внимание исследования, проведенные в Воронежском Политехническом институте под руководством профессора Г.Д. Деля [23, 30, 98].
Дорнование применяется главным образом для изготовления отверстий высокой точности. В отличие от резания, где наиболее важным фактором является жесткость системы СПИД, обеспечение требуемой точности отверстий при дорновании неразрывно связано с условиями деформационного процесса и с особенностями геометрии очага деформации. Требуются знания, позволяющие прогнозировать точность получаемых отверстий по размеру, форме и взаимному расположению поверхностей на основе закономерностей изменения упругопластических деформаций.
Большинство теоретических исследований в области деформирования тонкостенных труб дорнованием представлено решениями, основанными на принципах раздачи трубы равномерным внутренним давлением [122, 142 и др.]. Методы расчетов отдельных параметров процесса дорнования зачастую логически не связаны и предназначены для решения частных вопросов. Искусственно вводятся дополнения и допущения с целью приближения расчетных результатов к экспериментальным. На практике многие решения не позволяют правильно оценить наиболее важные параметры дорнования. В частности, теоретические значения контактных давлений на порядок и более отличаются от действительных.
Особенностью дорнования является образование в очаге деформирования так называемых внеконтактных зон, отличающихся сложной геометрической формой и специфическими особенностями напряженно-деформированного состояния (НДС). В диссертации изложена новая концепция формообразования заготовки в процессе ее раздачи коническим инструментом. На теоретическом уровне раскрыт механизм процесса упругопластического деформирования, позволивший создать единую методику расчетов всех основных параметров обработки трубчатых заготовок для различных условий дорнования. Теоретические разработки дополнены моделированием процесса деформирования трубчатых заготовок на ЭВМ по специально разработанной методике. Обобщены наиболее важные теоретические и экспериментальные исследования деформационных методов обработки трубчатых заготовок. Рассмотрены сущность и особенности процессов деформирования, условия их наиболее эффективного применения в промышленности. Особое внимание уделено анализу НДС материала заготовки при ее обработке, точности и качеству обработанных поверхностей, оптимизации геометрии деформирующего инструмента при свободном и несвободном дорновании. Методы проектирования процессов и инструментов для формоизменяющих операций изготовления трубчатых заготовок рассчитаны на автоматизированное применение.
■ Диссертационная работа выполнена по заказу Минобразования и науки РФ в соответствии с планами Федеральных госбюджетнаых НИР: «Исследование и разработка высокоэффективных конструкций и технологий изготовления составных цилиндров методом статического и ротационного дорнования», ГР № 01.980006552, 1998 г.; «Исследование напряжений и деформаций при локальном осесимметричном контакте абсолютно жесткого тела с составной упругопластической оболочкой конечной толщины», ГР № 01990004217, 1999-2000 г.г.; «Исследование напряженно-деформированного состояния и качества сопряжения многослойных оболочек вращения в проданном случае могут быть определены на основе теории изгиба, так как сдвиг фактически учитывается условием, что образующей линии очага деформации пересекает конус инструмента под меньшим, чем а, углом.
В предложенной форме задача максимально приближена к условиям процесса дорнования и может быть решена с необходимой для практики точностью.
Инвариантые характеристики очага деформации. При многозубом дорновании общий натяг неравномерно распределен по деформирующим зубьям дорна. Первые зубья работают со сравнительно большими натягами и очаг деформации имеет максимальные размеры. На последующие зубья натяги последовательно уменьшаются, уменьшаются и размеры деформированных. участков. Возникает вопрос, какие параметры отдельных деформированных с разными натягами участков очага деформации остаются неизменными по отношению к преобразованиям очага деформации.
Согласно исследованиям длина линии контакта дорна с заготовкой при увеличении натяга дорнования непрерывно растет. Следовательно, длина контакта не инвариантна по отношению к натягу.
Внеконтактные участки образуются благодаря реактивным силам сопротивления деформированию части трубчатой заготовки. В начальный момент и при весьма небольших натягах внеконтактные деформации малы, но с увеличением натяга размеры внеконтактных участков растут. Можно предположить, что, начиная с некоторой величины натяга, рост размеров внеконтактных участков прекращается и геометрические параметры внеконтактных зон очага деформации стабилизируются.
Для проверки выдвинутого предположения были проведены специальные опыты. В процессе исследований измерялась высота волны деформации, по величине которой оценивалась стабильность размеров внеконтактного участка. Было установлено, что внеконтактные деформации практически отсутствуют при малых натягах, не превышающих 0,7 % диаметра отверстия