Технологическое обеспечение процессов изготовления составных цилиндров из бесшовных и сварных труб дорнованием

• Автор: Земляной, Сергей Александрович
• Шифр специальности: 05.02.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Ростов-на-Дону
• Количество страниц: 161 с. : ил.

Введение
В изделиях машиностроительного производства, например, в металлорежущих станках, гидропрессах, сельскохозяйственных и строительно-дорожных машинах широко применяются детали типа гильз, корпусов гидравлических и пневматических цилиндров, втулок и колец. Основным исходным продуктом для изготовления таких деталей является трубный прокат (трубы).
Наиболее эффективными методами изготовления деталей из трубчатых заготовок являются методы, основанные на пластическом деформировании. Среди этих методов особое место занимает процесс дорнования отверстий. Дорнование заключается в том, что рабочий инструмент (дорн), имеющий конусную форму, проталкивается или протягивается с некоторым натягом через отверстие заготовки. В процессе деформирования заготовки дорном происходит упрочнение металла, сглаживаются микронеровности, образуются благоприятно влияющие на эксплуатационные показатели остаточные напряжения, уменьшаются погрешности формы отверстии поперечного сечения. Поверхностное дорнование обеспечивает обработку отверстий до 6-9 квалитетов и шероховатость Яа < 0,32 мкм и во многих случаях заменяет такие процессы, как хо-нингование, шлифование, выглаживание.
Наибольшая эффективность методов дорнования достигается в производстве корпусов гидроцилиндров. Корпус гидроцилиндра представляет собой пустотелую гильзу, выполненную из бесшовной (монолитной) стальной трубы, толщина стенки которой определяется условиями ее прочности или жесткости. Поэтому корпусы силовых гидроцилиндров высокого давления изготовляют из толстостенных горячекатаных и холоднотянутых бесшовных труб. Необходимая прочность и жесткость корпусов в большинстве случаев достигается за счет сравнительно толстой стенки. Наиболее распространены силовые гидроцилиндры, корпуса которых имеют внутренние диаметры от 40 до 180 мм, а толщина стенки - более 10 мм.
Для повышения несущей способности корпусов силовых цилиндров и подобных им деталей в ответственных случаях делают составными (многослой-
ными) [37], [48], [58], [76], [105] и др. Применение составных корпусов в гидроцилиндрах, работающих при высоких давлениях в сотни и тысячи мегапаскалей, позволяет без существенного увеличения толщин стенок существенно повысить их технические характеристики, в ряде случаев снизить массу цилиндра, получить экономию металла, снизить трудоемкость механической обработки.
Прочность корпуса составного цилиндра во многом зависит от натяга в соединении гильз. Обычная технология сборки цилиндра составного корпуса имеет существенные недостатки. Во-первых, необходима высококачественная подготовка исходных поверхностей соединяемых элементов корпуса. Во-вторых, продольная запрессовка требует приложения больших осевых сил, величина которых тем больше, чем длиннее составной корпус. Можно добавить, что качество сопрягаемых поверхностей при продольной запрессовке существенно ухудшается, связи между соединенными элементами нестабильны. Поэтому оптимальным решением является переход к технологии сборки составного корпуса методом поперечного прессования. Наиболее перспективным методом поперечной запрессовки при изготовлении составных (коаксиальных) изделий является метод дорнования отверстий, относящийся к группе методов поверхностного пластического деформирования (ППД). Дорнование позволяет осуществить достаточно большую деформацию и одновременно существенно улучшить качественные свойства изделия. Преимуществом этого процесса является возможность изготовления без снятия стружки высокоточных отверстий, получение благоприятного для увеличения эксплуатационного ресурса изделия микрорельефа, процесс высоко производительный и не требует больших материальных затрат на его осуществление. Процесс дорнования легко автоматизируется и, как правило, ведется на обычном стандартном оборудовании (различные прессы, протяжные станки и т.д.). Применяемая оснастка достаточно проста и легко может быть изготовлена в любых производственных условиях. Необходимая точность и качество обработки достигаются автоматически без наладки и подналадки сравнительно простого и недорогого инструмента. Резкое увеличение производительности обработки позволяет высвободить значитель-

ные производственные площади, металлорежущее оборудование и рабочих. Дорнование позволяет существенно снизить расход энергии, освобождает от необходимости использования для обработки отверстий дорогого и недолговечного металлорежущего инструмента.
Преимущество дорнования перед резанием проявляется в том, что в ряде случаев применяемые заготовки не имеют предварительной обработки, что не является серьезным препятствием для получения точных и чистых отверстий. Эти особенности процесса позволяют резко повысить коэффициент использования металла, перейти на другой более дешевый вид заготовки. За счет уменьшения припусков на черновую обработку удается экономить до 25% металла. К этому следует добавить, что деформируемый металл упрочняется, в стенке обработанной детали создаются благоприятные остаточные напряжения. В результате повышаются износостойкость и прочность корпуса, качество подвижных и неподвижных посадок, улучшаются другие важные свойства изделия.
Эффективность производства составных изделий и втулок может быть существенно повышена, если вместо трубного поката использовать заготовки из сварных труб. Точность сварных труб существенно выше по сравнению с цельными, так как листовой прокат перед свертыванием практически не имеет отклонений по толщине стенки, соответственно исходная заготовка не имеет разностенности, которая оказывает неблагоприятное влияние на точность обработанного отверстия. Сварная заготовка имеет минимальные макроотклонения формы наружной и внутренней поверхностей. У сварных труб практически отсутствуют относительное смещение осей цилиндрических поверхностей (эксцентриситет), что способствует сохранению прямолинейности оси отверстия обработанной трубчатой заготовки в процессе дорнования.
Анализ теории и практики применения методов дорнования показал, что в нашей стране и за рубежом имеется огромный теоретический, экспериментальный и производственный опыт их применения при обработке отверстий трубчатых заготовок [2, 21, 93, 94 и др.]. Большой вклад в развитее этих методов внесли Осколов А.И., Роговой В. М., Куксов П.Н., Миндрул О.Б., Акименко

ГЛАВА 2. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ СОСТАВНОГО ИЗДЕЛИЯ ИЗ ПОЛЫХ ЦИЛИНДРОВ МЕТОДОМ ДОРНОВАНИЯ ОТВЕРСТИЯ
2.1. Напряженно деформированное состояние составного цилиндра в процессе дорнования
Механизм формообразования составных цилиндров
Натяг в сопряжении, образующийся в процессе дорнования отверстия составного цилиндра, является деформационным. Натяг образуется в результате пластического формоизменения и последующих упругих деформаций элементов составного цилиндра. От величины натяга зависит качество соединения, поэтому важно установить факторы, влияющие на процесс формообразования изделия в целом.
Изучению механизма совместного деформирования многослойных цилиндров в процессе дорнования отверстия посвящены работы, среди которых выделяются [8], [10], [58], [65], [76], [102] и др. Установлено, что давление на узкой поверхности контакта конуса дорна с внутренним цилиндром существенно превышает сопротивление материала заготовки пластическому деформированию, это приводит к интенсивному пластическому формоизменению внутреннего цилиндра. Далее контактное давление через внутренний цилиндр передается на сопряженный с ним внешний, но при этом давление между сопрягаемыми цилиндрами вследствие увеличения площади их контакта существенно меньше. В конечном итоге в стенке внешнего цилиндра пластические деформации происходят только в поверхностном слое или вовсе отсутствуют. Ниже излагаются результаты теоретических исследований, которые в какой-то степени позволяют объяснить этот экспериментально подтвержденный факт.
Этапы деформирования составного цилиндра. Первоначальное сочленение цилиндров для простоты сборки осуществляется при наличия достаточного зазора между сопрягаемыми поверхностями. Далее соединение цилиндров в процессе дорнования проходит несколько стадий или этапов.
Свободное дорнование отверстия внутреннего цилиндра до момента со-