автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.05, диссертация на тему:Устранение вибраций и обеспечение качества изделий на машинах для ротационного выдавливания заготовок

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИЙ, ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ И МЕТОДЫ ДИНАМИЧЕСКОГО И ПРОЧНОСТНОГО РАСЧЕТА МАШИН ДЛЯ РОТАЦИОННОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ.

1.1. Существующие конструкции машин.

1.2. Определение силовых параметров машин для ротационного выдавливания.

1.3. Особенности эксплуатации машин.

1.4. Выводы и помашинка задачи исследований.

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВИБРАЦИЙ МАШИН ДЛЯ РОТАЦИОННОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ.

2.1. Выбор и обоснование расчётной схемы.

2.2. Механизм возникновения и развития колебаний.

2.3. Механизм формирования рёбер на поверхности заготовки.

2.4. Исследование влияния параметров динамической системы на характер изменения колебаний в машинах.

2.5. Выводы по главе 2.

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВИБРАЦИЙ ЭЛЕМЕНТОВ МАШИН ДЛЯ РОТАЦИОННОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ.

3.1. Исследование машинЦКБММ-97.

3.1.1. Измеряемые параметры, измерительная аппаратура.

3.1.2. Результаты исследований при существующих режимах ротационного выдавливания.

3.1.3. Влияние подачи и скорости вращения оправки на колебания элементов машины.

3.2. Исследование машин ХТРВ-2500 и «Конус-1».

3.2.1. Измеряемые параметры, конструкция иумашинка измерительных приборов.

3.2.2. Результаты экспериментальных исследований.

3.3. Выводы по главе 3.

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ СПОСОБОВ УСТРАНЕНИЯ ВИБРАЦИЙ МАШИН ДЛЯ РОТАЦИОННОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ.

4.1. Определение допустимых значений технологических параметров процесса ротационного выдавливания, при которых возникновение вибраций машин невозможен.

4.1.1. Виброскорость системы суппорта в радиальном направлении.

4.1.2. Допустимая скорость вращения оправки и продольная скорость подачи суппорта.

4.2. Сопоставление расчётных и экспериментальных данных.

4.3. методика расчёта технологических режимов процесса ротационного выдавливания заготовок, при которых отсутствуют вибрации и реберистость на поверхности изделия.

4.3Л. Примеры расчета.

4.3.2. Методика приемочных испытаний машин.

4.4. Выводы по главе 4.

В различных конструкциях машин широко применяются тонкостенные осесимметричные детали. Крупные детали изготовляют сваркой или клепкой нескольких, предварительно отштампованных, частей листа с последующей их термообработкой. Мелкие детали изготовляют из листа штамповкой на прессах или из проката механической обработкой.

С развитием авиационной и космической промышленности, потребовалось изготовление крупных осесимметричные тонкостенных деталей высокой прочности, способных работать в условиях перепадов больших давлений, температур, вибраций. Применение старых технологий не обеспечивало требуемого качества деталей. Это привело к созданию принципиально новых процессов и способов получения деталей осесимметричной формы. Наиболее перспективным является ротационное выдавливание.

Ротационное выдавливание — это процесс получения осесимметричной детали локальным пластическим деформированием роликами вращающейся на оправке плоской заготовки. Ролики одновременно с вращательным движением перемещаются вдоль образующей оправки /1,2/.

Большой вклад в развитие теории процесса и создание соответствующего оборудования внесли В. Г. Кононенко, В. Ф. Баркая, И. И. Казакевич, В. А. Вердеревский, К. Д. Елин, И. Г. Арутюнов, Н. М. Могильный, И. Н. Ионов, В. А. Самсонов, П. И. Белов, а также зарубежные авторы Ш. Кобаяши, Э. Томсен и другие.

Применение ротационного выдавливания дает возможность получать детали из высокопрочных сталей и сплавов с большой точностью и высокими механическими свойствами. При этом, в отличие от получения таких деталей глубокой вытяжкой, требующей применения мощных прессов и сложной в изготовлении оснастки, ротационное выдавливания требует значительно менее энергоемкого оборудования и простой в изготовлении оснастки.

Процесс реализуется на специализированных машинах - это оборудование, снабженное средствами механизации и автоматизации, позволяющее производить ротационное выдавливание с минимальным применением ручного труда и высоким качеством получаемых деталей. В настоящее время на машинах получают уникальные детали диаметром до трёх метров и толщиной стенки 16 -20 мм из высокопрочной стали /3/.

Однако, как показала практика эксплуатации многих машин для ротационного выдавливания, в процессе ротационного выдавливания возникают вибрации, которые сопровождаются появлением недопустимых по технологическим нормам рёбер на поверхности деталей, а также переменных нагрузок на элементы машин, приводящих к снижению их ресурса.

Причины вибраций не известны, что препятствует дальнейшему внедрению способа в производство и снижает производительность существующих машин.

Целью диссертации является устранение вибраций и брака- винтообразных рёбер на поверхности изделий .

Для достижения поставленной цели необходимо : 1. Объяснить и теоретически обосновать механизм возникновения винтообразных ребер на поверхности заготовки .

2 . Разработать и внедрить способы , позволяющие проводить процесс ротационного выдавливания без вибраций .

Научная новизна состоит в:

Выявленных причинах возбуждения вибраций и формирования винтообразных ребер на поверхности изделий при ротационном выдавливании.

Установленных связях между силовыми и геометрическими параметрами инструмента, размерами и механическими свойствами материала изделий, подачей на оборот заготовки при ротационном выдавливании.

Практическая ценность заключается в :

Установленных технологических параметрах ротационного выдавливания исключающих возникновения вибраций и недоступных винтообразных рёбер на поверхности изделий.

Разработанной методике приёмочных испытаний машин для ротационного выдавливания по виброскорости , обеспечивающих безвибрационный режим изготовления деталей .

Экономический эффект от внедрения методики приемочных испытаний составил 114 тыс. руб.

На защиту выносятся следующие основные положения и результаты:

- выбор и обоснование расчётных схем;

- физические причины и теоретический анализ вибраций машин для ротационного выдавливания;

- результаты экспериментальных исследований и сопоставление их с теоретическими данными;

- методика приемочных испытаний по виброскорости технологического процесса ротационного выдавливания конических деталей на машинах «Конус-1»;

- методика выбора режимов ротационного выдавливания, при которых волнистость на деталях и вибрация машин отсутствуют.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

1. Возникновение интенсивных вибраций и недопустимых винтообразных рёбер на поверхности изделий является существенным недостатком машин для ротационного выдавливания.

Рекомендации по снижению вибраций и устранению рёбер на поверхности заготовки праю-ически отсутствуют.

2. Сформулирована расчетная схема в виде четырехмассовой динамической модели и теоретически обоснован механизм развития вибраций и формирование винтообразных рёбер на поверхности изделия.

Показано, что при случайном возмущении, например, при перескоке деформирующего ролика через впереди бегущую пластическую ребру на поверхности заготовки возникают отпечатки, частота которых соответствует второй собственной частоте колебаний динамической системы машины.

Вследствие совпадения частот отпечатки, попадая под последующий ролик, "раскачивают" систему, возникает виброударный режим ротационного выдавливания и вибрации машины.

При вращении оправки с заготовкой и одновременном движении её вверх ударами роликов формируются винтообразные рёбра на изделии, количество которых соответствует низшей собственной частоте колебаний стана.

3. Установлено, что виброперемещения деформирующих роликов происходят в основном в радиальном направлении. Для исследуемой машины ЦКБММ-97 расчетные значения амплитуд вибраций роликов составили 1,67 мм при частоте 263,7 Гц. Высота ребра на поверхности 0,8 мм при угле подъема 2°.

Результаты расчета удовлетворительно согласуется с данными экспериментальных исследований. Максимальное расхождение между расчетными и экспериментальными данными по амплитудам колебаний составляет 11% и частоте 0,5%.

Замеренное значение высоты сечения сформированного ребра составил 0,94 мм при угле подъема 2°.

4. Разработаны методы устранения вибраций и обеспечение качества получаемых изделий.

Показано, что на исследуемых машинах без нарушения технологического процесса возможно ротационное выдавливание, при котором оставшиеся под роликом следы не попадают под последующий ролик, что исключает возбуждение виброударных колебаний. Для исследуемых машин предложены безвибрационные технологические режимы ротационного выдавливания.

Для машины ЦКБММ-97 при скорости вращения оправки 7,64 1/сек подача должна быть не менее 0,67 мм/сек для машины "Конус I" при скорости вращения шпинделя 109,9 1/сек подача должна быть не менее 5,6 мм/сек.

5. Разработана и внедрена методика наладочных и приемочных испытаний технологического процесса ротационной вытяжки конических деталей на машинах станках "Конус-Г по критерию виброустойчивость процесса.

1. Розанов Б. В. и Львов Д. С. «Давильные работы». Машгиз, 1951 г. стр. 186.

2. Гредитор М. А. «Давильные работы и ротационное выдавливание». Москва, 1971 г. стр. 240.

3. Уик Чарльз «Обработка металлов без снятия стружки». 1965 г. стр. 302.

4. Гредитор М. А., Шерер Г. А. «Современные давильные станки ФРГ и ГДР (обзор)». М. НииМаш, 1967 г.5. «Давильно-обкатные работы в современном машиностроении. Обзорная информация.» Киев, 1971 г

5. Земсков A.A.,Ионов И.Н «Разработка технологического процесса поперечной прокатки цилиндрических оболочек.» Отчет ВНИИМетМаш 1966г. стр 40. НР1954

6. Жигарев В. Ф. «Технический проект электропривода и программно-следящей системы управления стана ХТРВ-2500». ВНИИМЕТМАШ, Э. т. п. 170600, 1967 г.

7. Ревунов В. А., Жигарев В. Ф., Самсонов В. А. «Исследование стана ХТРВ-2500 и разработка новой технологии изготовления осесимметричных оболочек. Отчет». ВНИИМетМаш, 1973 г., НР-3578.

8. Инструкция по эксплуатации машины «Конус-1»

9. Ю.Пономарев С. Д. И др. « Расчеты на прочность в машиностроении» 1956 г., 600 с.

10. Елин К. Д. «Экспериментальное определение усилий при давильных работах». Технология машиностроения, выпуск 1, 1967 г.

11. М.Земсков А. А. «Разработка технологического процесса и создание станов для производства высокопрочных тонкостенных конических и цилиндрических труб большого диаметра методом поперечной прокатки». Кандидатская диссертация, Москва, 1970 г.

12. Ястребов В. Ф., Бородин Н. М. «Определение силовых параметров процесса ротационного выдавливания». Обработка металлов давлением в машиностроении. Республиканский межведомственный тематический научно-технический сборник. ХГУ, 1972 г., выпуск 8.

13. Баркая В. Ф. «Исследование процесса ротационного формообразования осесимметричных тонкостенных оболочек без утонения стенки». Отчет ВНИИМетМаш, НР №2945, 1971 г.

14. Самсонов В. А. «Создание и исследование стана ХТРВ-2500 для получения оболочек с криволинейной образующей». Кандидатская диссертация, Москва, 1976 г. стр. 240.

15. Целиков А. И. «Прокатные станы». Металлургиздат, 1946 г.

16. Третьяков А. В., Трофимов Г. К., Гурьянов М. К. « Механические свойства сталей и сплавов при пластическом деформировании». Машиностроение, М., 1971 г.

17. Калпакчиоглу. «О механизме силовой выдавки». Труды АСМЕ. «Конструирование и технология машиностроения». Серия В, 1961 г., № 2.

18. Самсонов В. А. «Исследование стана ХТРВ-2500 и разработка нового процесса ротационной вытяжки особотонкостенных оболочек с криволинейной образующей». Отчет НР-49, Москва, 1977 г.

19. Макаркин И. С. «Исследование вибрации при холодной поперечной прокатке труб и создание виброустойчивого оборудования». Автореферат.

20. Ревунов В. А., Самсонов В. А. «Исследование процесса получения осесимметричных тонкостенных оболочек сложной формы». Отчет ВНИИМетМаш, НР-2726, 1970 г.

21. Авторское свидетельство № 211495, кл. В 21 22/16.

22. Авторское свидетельство № 426730, кл. В 21 22/16.

23. Авторское свидетельство № 428823, кл. В 21 22/16.

24. Тлуслый И. «Автоколебания в металлорежущих станках». Машгиз, М. 1965 г.

25. Кирдеев Ю. П., Самсонов В. А., Шванев В. И. «Исследование причин и разработка рекомендаций по уменьшению вибраций раскатных станов на примере стана ЦКБММ 97. Москва 1979 г. - стр. 65. Отчет ВНИИМетМаш, НР-5074

26. Кирдеев Ю. П., Шванев В. И. «Исследование вибраций раскатных станов и изысакние способов их устранения». Отчет ВНИИМетМаш, Москва, 1981 г. стр. 65.

27. Ривин Е. И. «Динамика привода станков». 1966 г.

28. Бидерман В. Л. «Теория механических колебаний». Москва, «Высшая школа», 1980 г. стр. 408.

29. Карелоу X., Егер Д. «Операционные методы в прикладной математике». 1948 г. Госиздат ин. лит., Москва.

30. Александров А. В. и др. «Основы теории упругости и пластичности».

31. Пановка Я. Г. «Введение в теорию механического удара». М., наука, 1977 г. стр. 224.

32. Батуев Г. С. «Инженерные методы исследования ударных процессов».

33. Морозов Б. А. «Моделирование и прочность металлургических машин». Машгиз, 1963 г.

34. Арутюнов И. Г., Земсков А. А. «Наладка и испытание станов для прокатки конических и цилиндрических обечаек. ХПКТ -2000». Отчет ВНИИМетМаш, 1972 г.

35. Беляев Н. М. «Сопротивление материалов». Из-во Наука, Москва, 1976 г. -стр. 60.

36. Кирдеев Ю. П., Шванев В. И. «Исследование и разработка способов устранения вибрации станов ХТРВ-2500». Отчет ВНИИМетМаш 34000122/82831708 (706-11), 1983 г.

37. Кирдеев Ю. П., Шванев В. И. «Исследование и разработка рекомендаций по уменьшению вибраций и повышению динамической прочности станов для ротационного выдавливания». Отчет ВНИИМетМаш, 34000122/86871716 (706-74), Москва, 1984 г.

38. Серенсен В. «Справочник машиностроителя», т. 3, Москва, 1962 г.

39. Доргозд М. С. «Определение механических свойств металла без разрушения» М.: Металлургия, 1965 г. - 170 с.

40. СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ . ПРИ ГОСУДАРСТВЕННОМ КОМИТЕТЕ СССР ПО НАУКЕ И ТЕХНИКЕ (ГОСКОМИЗОБРЕТЕНИЙ)

41. На ос нова щ*щ г ? о лн о моч и щпредо ста вл е н ны х Правительством СССР, Госкомизобретений выдал настоящее авторское свидетёльство па, изобпетение:

42. СпооЪо ротационного выдавййвания к©1®ческйх деталей 0 из плоских заготовок"

43. Автор (авторы): Кирдеев"Щйж Петрович,' 1!1ванев Владислав

44. Ш1' Игоревич,- Белов Павел Иванович/ Виноградова Ыя ниловяа,'-Иванов'Влстор. Алексеевич: и Белов Влажшир анович'' V- '1. Заявитель:1. Заявка1 № /,, г ■'4365306 ПР""Р"Т" и'ойретешм 15 яншря 1деог

45. Зарегистрировано в гОосударственном реестре ; . изобретений СООЗ?.'/. „ 22 ИЮЛЯ 1990г»

46. Де1"1стиие авторского свидсгольстпа рзспро- ', страпясгся на нею территорию Союза ССР.

47. ХТргДседа т ель Ком тп ста1. Начальник отдела

48. ПРИ ГОСУДАРСТВЕННОМ КОМИТЕТЕ СССР ПО НАУКЕ И ТЕХНИКЕ „, , (Г0СК0МИ30БРЕТЕНИЙ)s г-1 \ ! t • г1. Ч } ,И а ь. у п п ; ;1. V,Автор (авторы;): й ^гт ^Бел01 Павел Иванович, Кшцеев ЮрШ

49. Петровш,\ Бейкин Леонвд НИизсайдовш, Кутергда'Олег ' Анатольевич^ Лавров Шэксей Федорович:, Шванев Влгшдш-Ф Игоревич и Баков Вдадлмдр. Иванович *f и, v it V *Л * / ' •1. Заявитель:шштт

50. Заявка'№ 4524065 Приоритет изобретения ^декабря 1PR9г

51. Зарегистрировано в Государственном реестр?, изобретений СССР1 1 апреля 1991г.

52. Гарантиро-, ип / С1 гномический эффект от внедрения работы составил 114 ткс.руодс .

53. Рэсчут эк , ^^ (>го эффекта по гек/е ¡сводится на предпри дткип/я Р-6758.ох предприятия п/я Р~67Ь81. ЬЕЛОВ П. И.1. ЬНИИМЕИЛАШ

54. ИВАНОВ В .А, КОСЬМИНОВА М.С ШВАКЕБ В. И.