Изготовление неразъемных соединений деталей холодной объемной штамповкой

Сущность этого метода состоит в том, что непрерывно поддерживается высокое давление рабочей жидкости в замкнутых зонах между зубъями дорна и обрабатываемой поверхностью заготовки, обеспечивая эффект гидродинамической смазки. Создаваемое давление не только способствует удержанию смазывающего слоя рабочей жидкости, но и совершает часть деформационной работы, так как направлено в сторону деформирования металла заготовки.

В настоящее время в ряде европейских стран ведутся интенсивные работы по внедрению метода гидродорнования в производство.При этом достигнут значительный экономический эффект.

Однако широкому внедрению этого метода в реальное производство препятствует сложность его практической реализации, обусловленная трудностью поддержания эффекта гидродинамической смазки. Поэтому на деталях зачастую возникают такие явления, как налипания металла на деформирующий инструмент, задиры и частичные разрушения поверхности детали, которые не допустимы при финишной обработке. Кардинальным решением этой проблемы является построение математических моделей процесса на основе выявления зависимостей между его основными технологическими параметрами, и их оптимизация расчетным или экспериментальным путем.

Причем с развитием средств вычислительной техники первое направление становится все более эффективным. Но для его реализации должна быть построена адекватная математическая модель процесса.

Успешное решение поставленных целей позволит решить такую важную научно-техническую задачу, стоящую перед отечественным машиностроением, как замена сложных и дорогостоящих технологических операций растачивания, шлифования, хонингования и поверхностной обкатки роликом поверхностей отверстий на более производительные и дешевые процессы, такие как гидродорнование. В качестве объекта для исследования рассматривался класс деталей типа «втулка»(втулки гидро и пневмоамортизаторов, сменные втулки цилиндров двигателей внутреннего сгорания и др). Данный класс деталей требует обеспечения равномерности толщины стенки детали и качества ее поверхности по всей ее длине, что наиболее легко достигается именно с помощью гидродорнования.

1 2 4

3

β

Принципиальная схема гидродорнования деталей типа «втулка»:

1- гидродорн; 2- радиальный канал подвода рабочей жидкости высокого давления от гидромультипликатора; 3- центральный канал подвода рабочей жидкости высокого давления от гидромультипликатора; 4- рабочая жидкость высокого давления; 5 – деформируемая заготовка.

Сущность этого метода состоит в том, что непрерывно поддерживается высокое давление в замкнутых зонах между зубьями дорна. При этом оказывается дополнительное воздействие на смазывающий клин рабочей жидкостью подаваемой под высоким давлением. Кроме того рабочая жидкость совершает и часть деформационной работы, так как ее давление направлено в сторону деформирования материала заготовки.

Таблица 1

Технико-экономические показатели попыток использования процесса гидродорнования детали «втулка» с внутренним диаметром 60 мм, длиной – 230 мм и толщиной стенки 3мм из малоуглеродистой конструкционной стали [по данным Болгарской Академии Наук ].

Для определения расхода рабочей жидкости в течении одного цикла деформирования предлагается воспользоваться следующей зависимостью:

V = 2pa² c² /(4a L) S (h_0n-1^-1 -h^-1)t_n-1 +p [ d₁² h_c²/(4a L₁) + d₂ ² h_c ²/(4aL₂)] ·

· (h₀ ^-1 -h ^-1)t; (2)

где а,с,L - геометрические параметры дросселя установки; d ₁, d₂, L₁, L₂ – геометрические параметры гидродорна; n – количество зубъев гидродорна, t – время гидродорнования заготовки, t_n-1 – время входа (выхода) в заготовку n-го элемента гидродорна. Анализ полученного выражения позволил сделать вывод о том, что расход рабочей жидкости за время рабочего цикла в первую очередь определяется толщиной смазочного слоя между инструментом и заготовкой.

Для определения осевого усилия гидродорнования получена следующая зависимость:

P = 0,25 w p s_в d s [(d/d₃ + 1)(1+ m^ ctgb) + 2(s₃ /d₃)^0,5 sin b] [1 +(d₃/d)^0,5]

(3-2cosb);

(3)

где w = 1,1…1,2; d, s –внутренний диаметр и толщина стенки изделия; d₃, s₃ – внутренний диаметр и толщина исходной трубной заготовки; s_в – предел выносливости материала заготовки; m^ - коэффициент жидкостного трения.

Полное усилие выпрессовки полученной детали из матрицы получили на основании решения задачи Ляме в предположении о достижении на ее внутренней поверхности напряжения текучести материала заготовки.

Для избежания появления дефектов на изделии в процессе гидродорнования предложено производить проверку выбранной заготовки по величине предельных коэффициентов раздачи, полученных из условия отсутствия трещин и потери продольной устойчивости:

К_р< exp (2n^/3) + { `s cosb/[2exp(n^/3)]}(1 + 2n^/3); (4)

K_p< { (2,2 j_y s_s) /[ s_b (1 + m ctg)(3 –2cos b) + 1 }^0,5; (5)

где К_р – коэффициент раздачи; `s - относительная толщина стенки заготовки; j_у – коэффициент продольной устойчивости; m - коэффициент сухого трения гидродорна и заготовки; n^ - показатель деформационного материала заготовки.

Для определения предельных возможностей обработки детали типа «втулка» гидродорнованием без разрушения материала заготовки, воспользовались феноменологическим критерием деформируемости, который для случая многозубого дорна приобретает вид:

N e_i (i j) m

Y = S { B А [e_i (i j)^А-1 ] / e_p^А e_i (i j)} - S (Dy_l); (6)

i=1 0 l=1

где Y - остаточный ресурс пластичности полученной детали; e_i (i j) - степень деформации на i- м этапе нагружения в j- й зоне детали, характеризующая типоразмер получаемый на i- зубе гидродорна внутреннего диаметра втулки; DY- восстановление ресурса пластичности при l - м рекристаллизационном отжиге; N- количество зубъев гидродорна; m- количество восстановительных отжигов.