Современный уровень исследований процесса прессования труб с применением дополнительного вращательного движения пресс-иглы

Лабораторией волочения и прессования ОАО «РосНИТИ» проводятся комплексные научноисследовательские работы, направленные на совершенствование как действующих трубопрессовых систем, так и проектирование новых технологий производства бесшовных труб и новых видов продукции для Российского рынка. В условиях современных международных экономических отношений, предполагающих схему импортозамеще-ния, при необходимости одновременного увеличения не только объемов производства, но и выпуска новых видов трубной продукции, требуется интенсификация исследований трубопрессовых систем по следующим направлениям. Во-первых, к перспективным направлениям исследований относятся работы [1–4] в области снижения пикового усилия при прессовании труб, что особенно важно при их изготовлении из труднодеформируемых сплавов. Во-вторых, разработка новых теоретических и технологических основ процесса прессования с принудительным вращательным движением пресс-иглы, обеспечивающего снижение усилия прессования [5, 6] и при определенной конфигурации прессового инструмента в совокупности с кинематическими характеристиками процесса, изготовление горячепрессованных труб с винтообразным оребрением внутренней поверхности.

Коллективом авторов была предложена оригинальная методика расчета геометрических параметров пресс-иглы [7], согласно которой, исполь- зование пресс-иглы с формой нарезов, представленной на рис. 1, обеспечивает стабильное истечение металла и выполнение внутреннего профиля трубы.

Так, с целью обеспечения стабильности процесса и сохранения качества внутренней поверхности изделия, предлагается выполнять на пресс-игле два участка нарезов с соответствующим шагом. При этом длина первого участка пресс-иглы L ₁

соответствует коническому участку матрицы, второго L ₂ – калибрующему и, соответственно, готовым нарезам на внутренней поверхности трубы.

Шаг винтового оребрения SКОН на участке пресс-иглы, соответствующем коническому участку матрицы в любом ее сечении, определяется по зависимости

⁵ ( z ) =

• ⁵ ( D T2 - d И )

k ² z ² — 2 D bm kz + D B м — d И

где S – шаг оребрения на трубе; DT – диаметр трубы, DBМ – диаметр воронки матрицы; dИ – диаметр пресс-иглы; z – координата сечения вдоль оси пресс-иглы; k – коэффициент вычисляемый по формуле

D КОНМ D Ц.М L

где L – длина проекции на ось пресс-иглы конического участка матрицы.

Рис. 1. Геометрические параметры системы «пресс-игла – труба с внутренними винтовыми нарезами»

Площадь поперечного сечения нарезов изменяется по зависимости

^ НАР ⁽ z ) =

п k ² z ²

^п D bm ^kz . ^п ( D ^BM d И ) 2           4

b ₁

b o ■ V 5 ² +п ² d И

S ’

к

x

A hb i

^b 1 ³ 12 d _И

п (D2 - d2 ) + Ahb, —bL 4( T И)      1 12 d,

где A h - глубина нареза на пресс-игле, или высота оребрения; b ₁ – вычисляется по формуле

где b ₀ – ширина оребрения.

С целью удобства выполнения оперативных расчетов формы и размеров оребрения разработан автоматизированный программный комплекс [8] (рис. 2), в алгоритм которого заложена разработанная методика [6].

Оценки эффективности предложенной методики [6], проводилась при выполнении компьютерно-

го моделирования исследуемого процесса с использованием программного продукта QForm 2D/3D.

Рис. 2. Интерфейс программного комплекса для определения параметров прессования труб с внутренним винтообразным оребрением

Рис. 3. Зависимости средних значений усилия прессования от длительности рабочего цикла:

P max₁ = 54,1 кН ;

P max₂ = 55,4кН

В соответствии с представленным на рис. 3, графическими зависимостями изменения усилия прессования при изготовлении труб из свинца марки С1 размером 10×2,0 мм, с внутренним винтообразным оребрением с шагом 80 мм, высотой и шириной ребра, соответственно, 1,0 и 1,0 мм и аналогичных труб без оребрения, отмечается понижение на ~ 2,5 % максимального усилия прессования труб, изготавливаемых с дополнительной операцией – вращением пресс-иглы.

С целью получения новых эмпирических закономерностей энергосиловых параметров исследуемого процесса в зависимости от изменения скоростных режимов прессования, а также геометрических параметров инструмента, требуется дальнейшее проведение экспериментального исследования.

Так для проведения физического моделирования исследуемого процесса лабораторией волочения и прессования труб совместно с конструкторским бюро ОАО «РосНИТИ» была спроектирована экспериментальная установка, основные технические характеристики которой представлены в таблице, а эскиз изображен на рис. 4.

Заготовка с предварительно выполненным осевым отверстием, размещается в полости гайки 10 и направляющей опоры 2. Полость гайки 10 и направляющей опоры обеспечивают конструктивное исполнение пресс-контейнера. На гайке 10 и мат-рицедержателе 8 выполнена резьба, с помощью которой обеспечивается соосное направлению прессования фиксирование матрицы 9. Конечный участок пресс-иглы 12, вводится в осевое отверстие заготовки, которая размещается на торцевой поверхности пуансона 4. Пуансон 4 в течение рабочего цикла прессования, под воздействием усилия, создаваемого движением траверсы 11, выдавливает заготовку через осевое отверстие, образованное матрицей 9 и пресс-иглой 12. Одновременно с поступательным движением траверсы 11, пресс-игла 12 совершает вращательное движение, сообщаемое через шпоночное соединение от мотор-редуктора 25 «UMI 50 1/100 PAM(0.18/1400) 63B14».

Регулирование частоты вращения выходного вала мотор-редуктора 25, осуществляется при использовании частотного преобразователя. Причем, в пуансоне 4 выполнено сквозное осевое отверстие, функционально обеспечивающее размещения пресс-иглы 12, которая опирается на две капроло-новых втулки, установленных в пуансоне с натягом и являющихся подшипниками скольжения для пресс-иглы 12. Осевое регулирование положения пресс-иглы осуществляется с помощью комплекта прокладок 13, устанавливаемых на валу мотор-редуктора.

Мотор-редуктор 25 при помощи болтового соединения фиксируется на нижней опоре 3, которая в свою очередь крепится к направляющей опоре 2. В свою очередь направляющая опора крепится к верхней опоре 1. Верхняя опора 1 фиксируется к траверсе пресса. Проведение экспериментального исследования процесса прессования труб с использованием дополнительного вращательного движения пресс-иглы планируется реализовывать в лабораторных условиях испытательного комплекса ОАО «РосНИТИ» на сервогидравлической машине статических и динамических испытаний Shimadzu Servopulser максимальным усилием 196 кН.

Технические характеристики экспериментальной установки для прессования труб с одновременным вращательным движением пресс-иглы

Максимальное усилие прессования, кН	196
Максимальный крутящий момент пресс-иглы, Н∙м	52
Скорость вращения пресс-иглы, мин–1	~ до 14
Скорость вращения электродвигателя, мин–1	1400
Передаточное число редуктора	100
Мощность электродвигателя, кВт	0,18
Напряжение, В	220

Рис. 4. Экспериментальная установка для прессования труб с вращательным движением пресс-иглы

Истечение трубы происходит в направлении полости матрицедержателя 1. Верхним торцом матрицедержатель 1 фиксируется к клиньям, что обеспечивает его оперативное извлечение и замену, а соответственно и размещение новой заготовки без демонтажа ряда деталей, значительно сокращая при этом рабочее время научного и технического персонала.

Траверса приводится в движение от шплинто-на пресса, через стойки 14. Стойки 14, траверса и пуансон 4, выполняют функцию «полого пуансона» внутри которого размещен привод вращения пресс-иглы 12.

С использованием представленной установки планируется проведение экспериментального исследования процесса прессования гладких труб размером 10×2,0 мм из заготовок свинца марки С1 с применением одновременного вращательного движения пресс-иглы. Изменяемыми параметрами будут являться: скорость прессования, скорость вращения и шероховатость рабочей поверхности пресс-игл. При этом, исследуемыми параметрами выступают момент вращения пресс-иглы и усилие прессования.

Вместе с этим, предусматривается проведение физического моделирования процесса прессования труб с винтообразным оребрением внутренней поверхности, при варьировании значений скорости прессования и вращения пресс-иглы.