Файл: Поперечно-клиновая прокатка..pdf

ние ее в процессе работы позволили снизить погрешность до 0,1 мм (рис. 31, кривая 2). Составляющая системати­ ческой переменной погрешности, вызванная износом ин­ струмента, пока не исследовалась.

Величины систематических постоянных погрешностей (третья группа) и технологических (четвертая группа) необходимо определять непосредственным измерением параметров до и после выполнения исследуемой опера­ ции, так как в конечном итоге для расчетов точности нас интересует их полная величина.

Из приведенных исследований по определению слу­ чайной и систематической переменной погрешности, а также из анализа возможных систематических постоян­ ных и технологических погрешностей при поперечно-кли­ новой прокатке на прокатных установках можно заклю­ чить, что при прокатке деталей клиновыми инструмента­ ми с оптимальными геометрическими параметрами обес­ печивается точность на размеры по диаметру до 20 мм ±0,15 мм и на линейные размеры до 100 мм ±0,3 мм, а также эллиптичность сечения — 0,05—0,1 мм и чистота прокатанных поверхностей ѴЗ—Ѵ5.

Влияние температурного « скоростного режимов по­ перечно-клиновой прокатки на точность деталей. Иссле­ дования влияния температуры нагрева заготовок на точность прокатываемых деталей проводили на автома­ тических линиях горячей прокатки оси скребкового транспортера и зуба легкой бороны. Заготовки нагрева­ лись в индукторе до температур 750, 800, 850, 900, 950, 1000, 1100 °С. Контроль температуры производили опти­ ческим пирометром ОППИР-09.

При различных температурных режимах прокатыва­ лись партии деталей. Прокатанные детали для измерения брали непосредственно одну за другой после их изготов­ ления и охлаждения. По выборкам объемом в 30 шт. оп­ ределяли рассеивание размеров диаметра и длины про­ катываемых участков и вычисляли среднеарифметичес­ кие значения и среднеквадратичные отклонения.

На рис. 32, а показаны зависимости величины средне­ го значения диаметра прокатываемого участка оси скреб­ кового транспортера (кривая 1) и зуба легкой бороны (кривая 2) от температуры нагрева заготовок, а также упругая деформация установки при прокатке зуба легкой бороны (кривая 3).

9 8

На рис. 32, б изображены зависимости величины сред­ него значения длины прокатываемого участка оси скреб­ кового транспортера (кривая 1) от температуры прокат­ ки, а также рассеивание размеров (кривые 2, 3) и изме­ нение размера прокатываемой шейки по усадке (кривая 4).

Рис. 32. Зависимость величины среднего значения разме­ ров прокатываемых участков от температуры нагрева заготовок

Анализируя результаты проведенных экспериментов, можно утверждать, что с увеличением температуры на­ грева заготовок под прокатку среднеарифметическое значение диаметральных и линейных размеров уменьша­ ется, а среднеквадратичное отклонение практически не изменяется; при температурах прокатки 950—1100°С среднеарифметическое значение прокатываемых диамет­ ров определяется из выражения

Глава V

ПРОЕКТИРОВАНИЕ РАБОЧЕГО ИНСТРУМЕНТА

ИОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА

1.Критерий оптимальности

Возможность осуществления процесса клиновой про­ катки конкретной детали различными технологическими способами или их разнообразными сочетаниями в той или иной последовательности порождает значительное

диаметра dx на диаметры d2 и dz и далее с диаметров d2 и й?з на диаметры и ds. Возможен вариант, когда «па­ раллельной» прокаткой одновременно из заготовки про­ катываются все пять ступеней вала или когда «обратной» прокаткой заготовки (D3ar<^i) набирается ступень d\, а далее «прямой» прокаткой прокатываются концевые сту­ пени вала. Можно предложить еще значительное количе­ ство вариантов изготовления данной детали.

Итак, из множества вариантов необходимо выбрать один наиболее целесообразный. Для этого вначале нужно исключить те варианты технологического процесса, кото­ рые по тем или иным причинам нельзя осуществить. К подобным ограничениям, кроме таких очевидных, как вскрытие полости, проскальзывание или обрыв шейки, следует отнести и превышение в рассмотренном варианте технологического процесса усилия или мощности обору­ дования и максимально допустимой длины закрепляемо­ го на нем инструмента. Для «обратной» прокатки допол­ нительным ограничением являются размеры исходной заготовки: длина ее не должна превышать длину готово­

101

го изделия, так как в процессе клиновой прокатки заго­ товка способна только удлиняться.

Из оставшихся вариантов оптимальным будет тот тех­ нологический процесс, при котором себестоимость изде­ лия будет минимальная, а долговечность или работоспо­ собность максимальная. Себестоимость изделия в основ­ ном зависит от следующих, отнесенных к единице изделия величин: стоимости инструмента и энергии на нагрев и

Рис. 34. Эскиз ступенчатого вала (а) и условия, ограничиваю­ щие процесс клиновой прокатки (б)

прокатку, амортизации оборудования, стоимости исход­ ного материала, зарплаты обслуживающего персонала. Рассмотрим влияние параметров технологического про­ цесса на составляющие себестоимости. Увеличение дли­ ны инструмента вызывает повышение его стоимости и снижение производительности, которые в свою очередь увеличивают относительную зарплату обслуживающего персонала. С повышением усилия прокатки возрастают расход электроэнергии и амортизация оборудования. Уве­ личение температуры прокатки повышает расход энергии на нагрев, но уменьшает ее расход на привод. С увеличе­ нием диаметра исходной заготовки возрастают усилие прокатки, длина инструмента, но несколько снижается стоимость материала. Увеличение скорости прокатки повышает амортизацию оборудования и уменьшает отно­ сительную зарплату обслуживающего персонала.

Долговечность изделия зависит главным образом от одного параметра технологического процесса — остаточ­ ной пластичности. Чем выше долговечность изделия и ниже его себестоимость в рассматриваемом варианте технологического процесса, тем он предпочтительнее. В общем виде критерий оптимальности запишется

102

для прокатки и нагрева и марки стали исходной заготов­ ки; Р — усилие привода; V — скорость прокатки; t — температура нагрева заготовки; L — длина инструмента.

Предложенный критерий оптимальности (ПО) позво­ ляет не только выбирать оптимальный вариант из ряда имеющихся, но также находить оптимальные температу­ ры и скорость прокатки и целесообразное оборудование для осуществления процесса.

Несомненно, что чем большее количество возможных вариантов будет просмотрено, тем ближе удастся прибли­ зиться к оптимальному технологическому процессу. По­ этому из двух путей определения возможных вариан­ тов — интуитивного и перебора всех возможных — пред­ почтение следует отдавать последнему.

диаметром d\ и четыре части диаметром d2, ds, d4, ds. Д а­ лее рассматриваем варианты прокатки одновременно двух частей в различном сочетании dі — d\, dx— d2, dx- — d3, ..., d2— d3 и T. д. Назовем такую часть, выделенную из полного процесса прокатки, элементарным этапом. Рас­ смотрим также все элементарные этапы, полученные од­ новременной прокаткой трех (например, dx— dx— d2) и

103

При «параллельной» прокатке в элементарном этапе одновременно четырех частей детали количество возмож­ ных вариантов

Группируя последовательно различные сочетания эле­ ментарных этапов, можно составить все возможные ва­ рианты прокатки конкретной детали. Так, в приведенном примере количество возможных вариантов равно 1470. Если эту же деталь разбить на большее число участков, то количество возможных вариантов значительно повы­ сится. Рассмотрев большее количество вариантов, мы ближе подойдем к оптимальному технологическому про­ цессу, но при этом следует иметь в виду, что и объем вы­ числений многократно повысится. Из этого следует, что чрезмерное увеличение числа участков нежелательно даже при использовании современной вычислительной техники.

В связи с тем что вариант технологического процесса складывается из ряда последовательных элементарных этапов, допустимо предположить, что критерий опти­ мальности будет р'авен сумме критериев оптимальности элементарных этапов. Таким образом, задача поиска оп­ тимального технологического процесса упрощается: для ее решения необходим предварительный расчет критериев оптимальности элементарных этапов и нет необходимости рассчитывать параметры всех вариантов технологиче­ ского процесса. Объем вычисления при этом сокращает­ ся, так как количество элементарных этапов значительно меньше, чем количество вариантов технологического процесса. В приведенном выше примере количество эле­ ментарных этапов равно 165. Поиск оптимального вари­ анта сводится к нахождению максимальной суммы, со­ ставленной из критериев оптимальности элементарных этапов.

Подобные задачи рассмотрены в теории программиро­ вания [58], в связи с чем этот этап расчета технологиче­ ского процесса не вызывает значительных затруднений.

104

2. Методика расчета технологического процесса

Расчет оптимального технологического процесса про­ катки сводится к расчету элементарных этапов. Здесь возможны два принципиально отличающихся подхода.

В одном случае в зависимости от степени обжатия оп­ ределяем максимально возможный угол заострения кли­ на и оптимальный для него угол наклона боковой грани по условию устойчивого протекания процесса без про­ скальзывания и обрыва шейки (см. рис. 25, в). Далее оп­ ределяем все параметры технологического процесса, необходимые для расчета критерия оптимальности: оста­ точную пластичность, длину инструмента, усилие про­ катки.

Во втором случае геометрию инструмента рассчитаем исходя из требований к точности получаемой детали. Затем проверим по условиям устойчивого протекания технологического процесса и подсчитаем критерий опти­ мальности. Несомненно, что в этом случае открываются значительно большие возможности для нахождения наи­ более целесообразного способа изготовления детали в целом, включая и последующую механическую обработ­ ку. Если же необходимо клиновой прокаткой получить окончательно готовое изделие с заданной степенью точно­ сти, то данный путь расчета технологического процесса будет единственным.

Рассмотрим последовательность расчета технологи­ ческого процесса по второму варианту. Исходными дан­ ными для расчета служат следующие параметры: диа­ метр заготовки Дзаг, температура нагрева заготовок t и пределы At, в которых она может колебаться, скорость прокатки V, жесткость стана /, диаметр изделия d и его точность Ad. Три параметра D3ar, t, V задаются произволь-

нейного расширения материала заготовки; f — жесткость стана прокатки; d — диаметр детали; At — точность на­ грева заготовки.

105