д.т.н., профессор, заведующий кафедрой машиностроительных технологий и материалов
Dr. Sci. (Eng.), Professor, Head of the Chair “Engineering Technology and Materials”
аспирант
Postgraduate
Калиброванный металл является эффективной заготовкой для изготовления деталей на станках-автоматах и автоматических линиях, а также для изготовления гладких длинномерных валов и осей. Такие детали являются не технологичными, так как при механической обработке и эксплуатации они изменяют форму в виду искривления. Деформация происходит при действии центробежных сил даже от собственного веса деталей. Новые конструкционные материалы позволяют создавать достаточно прочные детали с уменьшенным поперечным сечением, но изгибная жесткость таких деталей существенно снижается. Повысить изгибную жесткость реальных деталей весьма сложно. На практике используют обычно конструктивные решения, которые связаны с материальными затратами. В работе рассмотрена возможность повышения изгибной жесткости цилиндрических калиброванных прутков за счет формирования технологических остаточных напряжений. Проблема их использования заключается в том, что остаточные напряжения всегда существуют двух видов – растягивающие и сжимающие. Если внешние напряжения растяжения повышают жесткость деталей, то напряжения сжатия снижают ее. Поэтому задачей работы являлось нахождение такого характера распределения остаточных напряжений, который бы обеспечивал повышение изгибной жесткости деталей, изготовленных из калиброванного металла. При моделировании остаточных напряжений приняли геометрическую модель прутка, состоящую из тонкостенных трубок толщиной 0,2 мм. Каждая трубка нагружалась растягивающим или сжимающим напряжением, которое соответствовало значению экспериментального определения. При моделировании и расчете использовали две схемы нагружения, при которых в поверхностных слоях формируются либо остаточные напряжения сжатия, либо растяжения. Экспериментально-расчетными методами установлено влияние основных параметров калибровки на изгибную жесткость металла. Выявлена возможность повышения изгибной жесткости калиброванных прутков почти в два раза при обжатиях от 5 до 34 %. На 20 % можно повысить жесткость при увеличении длины калибрующей зоны инструмента. Влияние угла рабочего конуса волоки незначительно (около 10 %), причем для повышения жесткости рабочий угол инструмента нужно уменьшать.
The calibrated metal is efficient material for manufacture of details on automatic machines and automatic transfer lines, and also for production of smooth lengthy shafts and axes. Such details are not technological as during the machining and operation they change a form in a type of a curvature. Deformation comes at action of centrifugal forces even from sole weight of details. New constructional materials allow to create rather strong details with the reduced transverse section, but a flexural rigidity of such details significantly decreases. It is very difficult to increase flexural rigidity of actual details. In practice, constructive solutions that are associated with material costs are usually used. In this work the possibility of increase in a flexural rigidity of the cylindrical calibrated bars is considered due to the formation of technological residual stresses. The problem of their use is that residual stresses always exist of two types – stretching and squeezing. If external stresses of stretching increase rigidity of details, then pressure loads reduce it. Therefore, the main task of the work was to find such nature of distribution of residual stresses which would provide increase in a flexural rigidity of the details made of calibrated metal. The geometrical model of a bar consisting of thin-walled tubes of 0.2 mm thick was accepted at model operation of residual stresses. Each tube was loaded with the stretching or squeezing tension which corresponded to value of the experimental definition. At model operation and calculation two schemes of loading were used at which in the surface layers either residual stresses of compression or stretching are formed. Experimental calculation methods established influence of key parameters of calibration on a flexural rigidity of metal. The possibility of increase in a flexural rigidity of the calibrated bars is revealed almost twice when cogging from 5 to 34 %. For 20 % it is possible to increase rigidity at increase in length of the calibrating zone of the tool. The influence of the angle of the working cone of the machine is insignificant (about 10%), and for increasing the rigidity the operating angle of the tool must be reduced.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.