Исследование и разработка технологических основ процесса ротационной вытяжки

Кирьянов, Александр Александрович

Исследование и разработка технологических основ процесса ротационной вытяжки тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.04 ВАК РФ

Кирьянов, Александр Александрович АВТОР

кандидата технических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Новосибирск МЕСТО ЗАЩИТЫ

1998 ГОД ЗАЩИТЫ

01.02.04 КОД ВАК РФ

Диссертация по механике на тему «Исследование и разработка технологических основ процесса ротационной вытяжки»

Автореферат диссертации на тему "Исследование и разработка технологических основ процесса ротационной вытяжки"

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

| ^ У и I ' - '

Кирьянов Александр Александрович

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОСНОВ ПРОЦЕССА РОТАЦИОННОЙ ВЫТЯЖКИ.

Специальность: 01.02.04 - механика деформируемого

твердого тела

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новосибирск 1998 г.

Работа выполнена на кафедре "Газодинамических импульсных устройств'1 Новосибирского государственного технического университета.

Научный руководитель: кандидат технических наук, профессор

В.А. Мишунин

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор

О.В. Соснин,

кандидат технических наук, доцент B.C. Белоусов

Ведущая организация: Институт прикладной физики.

Зашита состоится " (ЩгиЩгЛ- 1998 г. в час на

заседании диссертационного Совета Д.003.22.01 в Институте теоретической и прикладной механики СО РАН по адресу: 630090, г. Новосибирск, ул. Институтская, 4/1, ИТПМ СО РАН.

Факс: (3832) 35-22-68 Е-шаП: shulgin@itam.nsk.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института теоретической и прикладной механики СО РАН.

Автореферат разослан «¿3« 00 1998 г.

1.Общая характеристика работы.

1.1. Актуальность.

Возможности обеспечения конструктивной прочности, высокой точности и качества деталей обусловлены технологией их изготовления. Ротационная вытяжка предоставляет уникальные возможности обеспечения и регулирования требуемых характеристик деталей посредством выполнения одной технологической операции. Вместе с тем, недостаточная изученность процесса и отсутствие строгих математических зависимостей режимов и параметров процесса от требуемых геометрических и механических характеристик изготавливаемых деталей, ограничивают область применения и повышают трудоемкость его внедрения в производство. Исследование механики пластического деформирования, как основы для изучения, дальнейшего развития и внедрения процесса в производство является актуальной задачей для машиностроительных предприятий.

1.2. Цель работы.

Цель работы заключается в исследовании механики пластического течения при ротационной вытяжке и создании, на базе результатов, методологических и научно-практических основ проектирования и реализации технологических процессов ротационной вытяжки высокоточных гильз.

13. Научная новизна работы:

1. Предложена математическая модель пластического течения для идеального, жест-копластического тела с учетом основных особенностей процесса ротационной вытяжки: объемная схема деформирования; локальный характер деформаций; влияние режимов деформирования на параметры процесса. В качестве обобщенной характеристики процесса, отражающей его основные закономерности, предложена поверхность течения. Установлены закономерности формирования напряженно-деформированного состояния при ротационной вытяжке.

2. Предложена методика исследования деформированного состояния в очаге деформации при ротационной вытяжке с использованием образцов, армированных штифтами в радиальном и осевом направлениях, и затем деформированных с одинаковыми режимами и параметрами процесса.

3. Решен ряд технологических задач, имеющих важное практическое значение. Разработана методика расчета схем установки деформирующего инструмента, которая обеспечи-

вает изготовление деталей с минимальными отклонениями от прямолинейности оси. Предложена методика обеспечения заданной конструктивной прочности гильз за счет реализации упрочнения металла при ротационной вытяжке заготовки. Разработаны статистические модели оценки режимов деформирования для одно- и двухпроходной ротационной вытяжки по обратному способу.

4. Разработан пакет прикладных программ "Технология ротационной вытяжки высокоточных гильз", реализующий весь комплекс технологических , расчетов. Пакет включает информационное, сервисное обеспечение, средства укрупненного технико-экономического анализа принимаемых решений.

1.4. Практическую значимость работы представляют:

- разработка и внедрение в производство технологии изготовления высокоточных гильз с использованием ротационной вьгтяжки;

- методика укрупненного технико-экономического анализа принимаемых технологических решений;

- методики расчета характеристик промежуточных заготовок, параметров и режимов процесса обеспечивающих технологически заданную точность и конструктивную прочность деталей;

- методика расчета характеристик схемы установки деформирующего инструмента, которая обеспечивает минимальные отклонения от прямолинейности оси изготавливаемых деталей;

- технологические рекомендации и критерии включенные в базу данных для информационного обеспечения пакета прикладных программ;

1.5. Реализация результатов работы.

Результаты работы реализованы при изготовлении высокоточных гильз: с точностью по внутреннему диаметру на уровне 7-10 квалитетов точности; шероховатостью наружной поверхности до Яа 1,6, внутренней поверхности до Иа 0,2. Обеспечение конструктивной прочности деталей за счет использования упрочнения материала, полученного при холодном пластическом деформировании заготовки, позволяет существенно уменьшать толщины стенок гильз. За счет этого металлоемкость изготовления деталей уменьшена на 30... 50%, сокращение трудоемкости в 3...5 раз.

Технология внедрена на Новосибирском производственном объединении "Сибсель-маш" с 1991 года (ГУП "Машиностроительный завод"). Детали, изготавливаемые по предложенной технологии использованы в изделиях Кемеровского авторемонтного завода (длинномерные гильзы для автомобильных подъемников Ь=2700мм, 07ОН9), Омского завода транспортного машиностроения (гильзы 08ОН9, 011ОН9, длиной Ь=350...1200мм), АО

"Энерпред" г. Иркутск (гильз гидродомкратов 045Н8, Ь=250мм, 05ОН8, Ь=430мм, 063Н7, Ь=415мм, 01ООН8 и 014ОН8, Ь=260мм), СП "Саянал", г. Саяногорск (тонкостенные шпули 075... 152мм), Ошский машиностроительный завод, г. Ош, Кыргызстан и АО "Гидромаш", г. Новосибирск (корпуса статоров глубинных насосов 08ОН1О, 013ОН11 длиной до Ь=1700 мм), АО ИПФ (гильзы 0100), НПО "Сибсельмаш", г. Новосибирск (гильзы гидроцилиндров 09ОН9, 0125Н9, 014ОН9 длиной до Ь=1500 мм для подъемника монтажного и горно-шахтного оборудования).

За период с 1994 по 1997 г.г. только по деталям Омского завода транспортного машиностроения получена экономия металла более 139 тонн.

1.6. Публикация и апробация работы.

Основные результаты работы опубликованы в трех статьях, тезисах докладов, 2 информационных листках, защищены 2 изобретениями.

Положения работы доложены на семинарах и конференциях:

1. Семинар "Прогрессивные технологии в объемной и листовой холодной штамповке", Центр научно-технических услуг "Информатика" при Новосибирском правлении Союза научно-инженерных обществ СССР1,21-22 марта 1991 г.

2. Научно-технический семинар "Прогрессивные процессы и оборудование листовой и объемной штамповки", НПО "АНИТИМ", г.Барнаул,1991 г.

3. Международная конференция "Авангардные технологии, оборудование, инструмент и компьютеризация производства оптико-электронных приборов в машиностроении", СГГА, г. Новосибирск, 1995 г.

1.7. Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения,4 глав, основных выводов, приложения, списка литературы из 84 наименований и содержит 147 страниц, включая 38 рисунков и 12 таблиц.

2. Содержание работы.

Во »ведении обосновывается актуальность темы диссертации, формулируется ее цель, научная новизна и практическая значимость работы. Кратко излагается содержание работы по разделам.

В пергой главе проведен анализ предшествующих теоретических, экспериментальных и прикладных исследований процесса ротационной вытяжки.

По определению Е.И. Исаченкова, сущность процесса ротационной вытяжки состоит в суммировании элементарных деформаций плоского или объемно-пластического истечения под действием локальной нагрузки и распространении их по винтовой образующей детали.

Для ротационной вытяжки с утонением стенки характерна объемная схема деформированного состояния материала в зоне пластического течения. Однако анализ исследований показывает, что основой большинства теоретических работ по изучению процесса является допущение о плоскодеформиро ванном состоянии в меридиональном сечении зоны деформации. Недостатком такого подхода является излишняя схематизация процесса ротационной вытяжки, как правило, основанная на его аналогии с процессом выдавливания.

Следует отметить, что в работах Уэлса, Томсена Э., Кобаяси III., Казакевича И.И., Шевакина Ю.Д., Тетерина П.К., Ракова ЛА., Вальтера А.И., Юдина A.A. предложен ряд принципиальных решений, учитывающих важнейшие особенности процесса. Наиболее полными являются исследования с использованием метода конечных элементов. Решения частных задач теории ротационной вытяжки у отдельных авторов не бесспорны и даже противоречивы (примером могут служить подходы Казакевича И.И. и Шевакина Ю.Д. к определению частных обжатий по длине зоны деформации).

С точки зрения объяснения сущности процесса, особо следует выделить исследования Уэлса (в части аналогии очага деформации с клином, вдавливаемым в плоскую плиту) и, по сути, их развитие Раковым Л.А.(предложившим характеристики процесса деформирования - коэффициенты подпора и определившим их допустимые значения); исследования Те-териным П.К. процесса поперечной прокатки (в часта объяснения особенностей окружного течения, введения характеристик смещения металла по направлениям и распределения частных обжатий по длине зоны деформации); экспериментальные исследования деформированного состояния Казаковой А.И. и других (определивших распределение главных деформаций по величине и направлению в характерных сечениях очага деформации).

Анализ предшествующих исследований показал отсутствие единого методологического подхода к анализу процесса ротационной вытяжки: исследованию закономерностей формирования н стадийности развития очага деформации, определению характеристик пластического течения, характеристик напряженно-деформированного состояния в зависимости от режимов и параметров процесса. В практике ротационной вытяжки не нашли должного отражения результаты теоретических исследований процесса. Расчет основных характеристик, параметров и режимов процесса деформирования во многом основан на эмпирическом описании процесса ротационной вытяжки. Актуальна задача совершенствования базы данных для систематизации и совершенствования технологических знаний, расширения области применения процесса за счет более полной реализации его преимуществ.

С учетом изложенного поставлены следующие основные задачи диссертации:

1. Исследовать механику пластического течения при ротационной вытяжке на основе математического моделирования процесса деформирования идеального, жесгкопластического тела. Предложить методику оценки характеристик пластического течения в зоне деформаций .

2. Исследовать закономерности формирования напряженно-деформированного состояния в зависимости от режимов, параметров процесса, геометрии инструмента.

3. На основе экспериментальных исследований напряженно-деформированного состояния при ротационной вытяжке получить подтверждение основных теоретических положений работы.

4. Решить важнейшие задачи технологии изготовления высокоточных гильз: обеспечение размерной точности н конструктивной прочности изготавливаемых деталей.

5. Разработать базу данных технологических решений и пакет прикладных программ "Технология ротационной вытяжки высокоточных гильз", обеспечивающий весь комплекс технологических расчетов, и включающий информационное, сервисное обеспечение и укрупненный технико-экономический анализ принимаемых решений.

Во второй главе исследуется механика процесса пластического деформирования при ротационной вытяжке.

Основой исследования процесса является анализ взаимодействия инструмента и заготовки и модель процесса. В основу модели положен механизм обкатки заготовки роликом .

Деформирующий ролик, обкатывает заготовку и движется поступательно с подачей Б.

За один оборот он обжимает заготовку в 1-м сечении на величину частного обжатия .

Вследствие обжатия некоторого элемента длиной 1 =8/п (п - параметр дискретности), он удлиняется и смещает следующий за ним элемент . Деформирование элемента происходит в два этапа: осевое смещение на величину Дщ и последующее обжатие на величину

Посредством последовательного рассмотрения процесса деформирования элементов, с учетом условия равенства площадей, определены их характеристики по переходам деформирования (в меридиональном сечении зоны деформации).

В целях исследования особенностей перемещения материальной частицы в окружном направлении в пределах зоны активного очага деформации проведен эксперимент с продольными рисками, нанесенными на наружную и внутреннюю поверхности исходной заготовки. В пределах зоны деформации продольная риска является линией тока.

Результаты эксперимента и анализ характеристик процесса деформирования в поперечном сечении зоны деформации (с учетом допущения о линейном законе их изменения по толщине стенки и длине зоны) позволили сформулировать обобщенную модель процесса

ротационной вытяжки. Геометрическим выражением предложенной модели является поверхность с образующей в виде спирали Архимеда - поверхность течения. Рис.1.

В качестве допущения принята возможность линеаризации линий тока в очаге деформации и совершен переход к поверхности близкой к винтовой.

Поверхность течения, как совокупность линий тока, характеризует направленность течения металла в очаге деформации. Характер течения металла по направлениям определяет геометрическую точность деформированной заготовки. Поэтому введены коэффициенты смещений qa, qr, qt как проекции вектора перемещения на оси координат и определена их взаимосвязь по трем направлениям:

я! + ч! + ч! = 1; о

В прямоугольной системе координат коэффициенты смещений могут быть записаны в

виде:

■

qt = COSp COS \|/ ■ qr = sin Р ; (2)

qt = cosp sinvj/É.

Система (2) определяет характеристики направленности пластического течения в очаге деформации.

Для определения характеристики угла поворота линии тока в окружном направлении vyr (Рис.1) была принята гипотеза, что поворот связан с разностью скоростей материальной частицы в жесткой и пластической областях заготовки (в поперечном сечении очага деформации). Рассматривалась модель идеального, жесткопластического тела. С учетом допущения о плоской деформации, в поперечном сечении очаг деформации определен полем линий скольжения в виде двухцентровой веерной сетки (в терминологии Э. Томсена) впервые предложенным Р. Хиллом.

С использованием геометрических свойств двухцентровой веерной сетки определены основные характеристики поля линий скольжения. Расчет характеристик поля линий скольжения ограничен, так называемым, случаем - "короткой матрицы": 5t¡ < 2tK¡ sina', который является основным для ротационной вытяжки цилиндрических заготовок.

С использованием кинематических и геометрических характеристик взаимодействия инструмента и заготовки и годографа скоростей определена характеристика поворота линий тока в окружном направлении. Рис.2.

Рис. 1. Поверхность течения: геометрические характеристики.

Рис. 2. Поле линий скольжения для поперечного сечения очага деформации.

По известным значениям пути и времени прохождения линией тока очага деформации определен угол поворота линии тока в наружном слое очага деформации:

К = ш .»°(т-0 , (4) ' -Л эте

где т = 511 / а 0 - угол, определяемый из годографа скоростей.

Основные характеристики линий тока по толщине стенки и длине зоны деформации определяются интерполированием с учетом принятого допущения о линейном законе их изменения.

Анализ выражения (4) показывает, что значение Ку:

К = -—--(5)

является предельным: оно определяет направление поворота линий тока в очаге деформации при ротационной вытяжке. Очевидно значению Ку, определяемому выражением (5) может быть поставлено в соответствие значение коэффициента проработки (1<1Л)т - отношение длины дуги контакта к средней толщине стенки заготовки.

В соответствие с изменением коэффициента проработки изменяется соотношение скоростей на границах очага деформации. При значениях коэффициента проработки ниже предельного имеем следующее распределение скоростей в поперечном сечении очага:

1. Во входном сечении скорость в жесткой области превышает скорость в пластической области: и>У/, что вызывает появление подпора материала, следствием этого является образование наплыва перед роликом. Деформации внеконтакгной области - деформации сжатия.

2. В выходном сечении очага деформации скорость в жесткой области существенно выше скорости в пластической области и выше скорости в жесткой области перед очагом: У>и>\\'. На жесткопластической границе в выходном сечении очага деформации действуют значительные растягивающие напряжения.

3. Уменьшение скорости материальной частицы при переходе через жесткопластиче-скую границу входного сечения очага по сути, означает течение металла в направлении противоположном направлению вращения заготовки.

По мере увеличения обжатия коэффициент проработки превышает предельное значение. В этом случае:

1. Скорость в пластической области выше скорости в жесткой области перед очагом деформации: Во внеконтактной зоне имеют место деформации растяжения и действуют растягивающие напряжения.

2. В жесткой области за очагом деформации скорость больше скорости в пластической области: У>\*/>и, что вызывает появление растягивающих напряжений.

3. Распределение скоростей в пластической и жесткой областях исходной заготовки означает течение металла в направлении согласно направлению вращения заготовки.

Для оценки схемы действующих напряжений в меридиональном сечении очага деформации используем допущение о плоской деформации.

Анализ основан на аналогии с выводами, сформулированными выше.

Более вероятно, что для входного сечения очага деформации характерно напряженное состояние всестороннего сжатия; в радиальном и осевом направлениях действуют деформации растяжения, в окружном направлении - деформации сжатия. При увеличении рабочего угла ролика, подачи или степени деформации свыше некоторых предельных значений в окружном направлении, вероятно, появление растягивающих напряжений. В сечениях близких к выходному более вероятно напряженное состояние с двумя напряжениями растяжения (осевое и окружное направления) и одним напряжением сжатия - радиальное. Схема деформаций аналогична схеме действующих напряжений. При малых степенях деформации и невысоких значениях подач вероятны деформации сжатия в окружном направлении, что обусловлено увеличением интенсивности окружного течения в направлении противоположном направлению вращения заготовки.

Относительная погрешность при определении угла поворота линии тока в наружном слое очага деформации, с использованием данных примера приложения, составила +19%.

В третьей главе экспериментально исследовано деформированное состояние зоны деформаций при ротационной вытяжке.

Метод координатных сеток к исследованию деформированного состояния при ротационной вытяжке, был применен с использованием двух видов составных образцов, соединенных:

- по образующей, параллельной оси заготовки;

- по торцевым поверхностям, перпендикулярным оси заготовки.

Первый образец представлял собой две цилиндрические заготовки с резьбовым соединением по образующей. В качестве исходной координатной сетки использована ячейка в форме параллелограмма, восстановленного из треугольного элемента метрической резьбы.

Второй образец представлял собой пакет кольцевых образцов. На одном из торцев каждого образца была нанесена делительная сетка. Образцы иггифтовались с целью совмещения узлов сетки.

Результаты эксперимента:

1. Нарушение сплошности по границам раздела составных образцов и разрушение колец вследствие ослабления сечения штифтами.

2. Характер искажений сетки в поперечном сечении зоны деформаций примерно соответствует спирали Архимеда.

3. Эксперимент не позволил получить качественных результатов.

Для качественной оценки степени деформации и интенсивности напряженного состояния в очаге деформации был использован метод испытания твердости.

Испытание твердости проводилось по методу Виккерса в продольном сечении зоны деформации вдоль равноотстоящих линий, параллельных внутренней образующей, по всей длине зоны деформации.

Анализ показал, что деформирование материала начинается до зоны контакта заготовки с инструментом. Зона внеконтактных деформаций локализована у наружной поверхности, ее длина достигает половины длины зоны контакта инструмент-заготовка. Интенсивность деформированного состояния в зоне контакта ролик-заготовка выше чем в контактной зоне оправка-заготовка. Распределение твердости по очагу деформации в радиальном направлении показывает неравномерность деформированного состояния по толщине стенки.

Использование метода слоистых моделей к исследованию процесса ротационной вытяжки позволило оценить распределение деформаций в продольном сечении очага.

Характер искажений линий раздела слоев примерно соответствует искажению координатной сетки при выдавливании.

Использование метода слоистых моделей следует считать нецелесообразным ввиду его высокой трудоемкости и неполноты данных для заключения о деформированном состоянии при ротационной вытяжке.

В качестве основного метода исследования деформированного состояния при ротационной вытяжке стал метод анализа деформаций с использованием штифтов (проволочек), армированных в радиальном и осевом направлениях образца, для определения характеристик положения линий тока в пределах зоны деформации.

После обработки результатов эксперимента с образцом армированным проволочками в осевом направлении получены следующие основные выводы:

1. Изменение угла поворота линий тока по толщине стенки подчиняется линейному закону.

2. Изменение угла наклона линий тока по толщине стенки в пределах зоны деформации подчиняется линейному закону (коэффициент корреляции К=0,95...0,99).

3. Параметр спирали Архимеда (к) для всех сечений зоны деформации имеет относительное отклонение от средних значений в пределах 5...32% (как правило, не превышает 16%). С приемлемой для практики точностью, образующей поверхности течения можно считать спираль Архимеда.

4. Закон распределения обжатий по толщине стенки - линейный.

Анализ характеристик направления главных деформаций растяжения в поперечном сечении зоны деформации показал: в сечениях близких к входному, деформации растяжения ориентированы преимущественно в радиальном направлении (деформации сжатия соответственно в окружном направлении), по мере увеличения обжатия, в радиальном направлении начинают преобладать деформации сжатия (деформации растяжения в окружном направлении). Такое распределение деформаций объясняет причины образования наплыва и зоны увеличения внутреннего диаметра заготовки во входном сечении зоны деформации.

Таким образом, экспериментально подтверждены основные положения модели процесса; определено деформированное состояние для различных зон очага деформации; экспериментально показана возможность определения характеристик линий тока по толщине стенки в зоне деформации по характеристикам линии тока в наружном слое зоны деформации.

Исследование с использованием образцов, армированных штифтами в радиальном и осевом направлениях, является эффективным методом изучения деформированного состояния при ротационной вьгтяжке. Темой дальнейших исследований является восстановление эллипсоида деформации по характеристикам сечений осевых и радиальных штифтов.

Расширению представлений о механике процесса деформирования способствовал анализ случаев разрушения заготовок при экспериментальной отработке технологии ротационной вьггяжки.

Анализ случаев разрушения подтверждает существование характерной поверхности, вскрывающей закономерности процесса ротационной вытяжки. Образующей этой поверхности является плоская спираль. Поверхность в деформированной заготовке ориентирована по винтовой линии. Закономерности формирования рассмотренной поверхности согласуются с закономерностями формирования поверхности течения. Исходя из предположения, что разрушение происходит по поверхности течения, предложен критерий вероятного разрушения, - относительное изменение площади поверхности течения не должно превышать значения относительного сужения для используемого материала. На основе данных пассивных экспериментов показана его работоспособность.

В результате проведенных экспериментальных исследований подтверждены основные теоретические положения исследования процесса ротационной вытяжки и показана хорошая сходимость результатов расчета с экспериментальными данными.

В четвертой главе разработана методика проектирования технологических процессов ротационной вытяжки высокоточных гильз. Методика реализована в виде пакета прикладных программ.

При проектировании технологических процессов решены следующие задачи:

1. Проектирование заготовки под ротационную вытяжку с учетом: оптимизации исходной заготовки, анализа характеристик и критериев процесса ротационной вытяжки, обеспечения конструктивной прочности детали и технологичности заготовки.

2. Определение геометрических характеристик промежуточной заготовки и характеристик ее деформирования по переходам.

3. Расчет характеристик схемы деформирования, оценка энергосиловых параметров процесса и выбор оборудования.

4. Определение режимов деформирования.

Одним из важнейших факторов обеспечения размерной точности и качества деталей является схема установки деформирующего инструмента.

Использование несимметричных схем установки деформирующего инструмента позволяет достигать высоких степеней деформации, управлять процессом за счет характеристик настройки и геометрических характеристик деформирующих роликов открытой калибровки. Этим определяются основные преимущества таких схем деформирования. Однако эти схемы имеют ряд специфических особенностей:

1. Зависимость геометрии контактной поверхности от характеристик взаимного положения роликов.

2. Сложность в обеспечении равенства радиальных составляющих усилия деформирования каждого из деформирующих роликов .

3. Сочетание вращательного движения заготовки и поступательного движения роликов вызывает дополнительное осевое смещение роликов относительно друг друга.

4. В зоне деформации каждого из роликов (за исключением калибрующего) происходит удлинение в условиях суживающегося канала, что вызывает дополнительное увеличение длины контакта ролик-заготовка.

Для решения задачи определения характеристик схемы настройки деформирующего инструмента была рассмотрена геометрия контактной поверхности и особенности кинематики взаимодействия "ролик-заготовка".

Определены геометрические характеристики зон деформации и на основе анализа взаимного положения роликов определены зазоры (радиальное смещение роликов) относительно оправки с учетом осевого смещения роликов относительно друг друга.

Апробация рассмотренной методики показала, что степени деформации по зонам практически близки, что имеет важное практическое значение для обеспечения геометрической точности детали.

Использование предложенной методики расчета позволило повысить качественные характеристики деталей, в особенности длинномерных.

Одним из важнейших преимуществ ротационной вытяжки перед другими способами обработки металлов давлением является возможность получения окончательных размеров детали при высоком качестве поверхностей н повышенных механических характеристиках металла заготовок.

В этой связи актуальна задача определения геометрических и механических характеристик заготовок, обеспечивающих заданную конструктивную прочность оболочек при меньших значениях толщин стенок.

Решение задачи заключается в определении конструктивной прочности заготовки после ротационной вытяжки с учетом степени деформации н механических характеристик металла исходной заготовки.

Основным прочностным расчетом для деталей типа гильз гидроцилиндров является расчет на прочность при нагруженин внутренним давлением.

Методику расчета выбирают в зависимости от соотношения толщины стенки и диаметра трубы: для толстостенных труб, используют формулы Ламе, для тонкостенных труб -используют формулы безмоментной теории расчета оболочек.

Ввиду деформационного упрочнения материала заготовки значение предела текучести является функцией деформации.

Расчет выполняют в диапазоне допустимых значений относительной степени деформации с заданным шагом изменения ее значений. Из рассчитанных вариантов выбирают наиболее технологичный из соответствующих сортаменту труб.

Выбор окончательного варианта, обеспечивающего заданную прочность гильзы, ведется с учетом ее конструктивных особенностей.

При испытании разрушающим давлением детали типа стакан из стали 20, с внутренним диаметром 59 мм и толщиной стенки 1=2,1 мм (относительная степень деформации 6=72 %) расчетное значение разрушающего давления в 3-х экспериментах из 4-х совпали с действительными и составили Р=640 кгс/см2.

В практике изготовления деталей ротационной вытяжкой значительное время занимает опытная отработка режимов и параметров процесса ротационной вытяжки, что связано с большим количеством параметров, влияющих на процесс ротационной вытяжки и отсутствием строгих математических зависимостей, определяющих взаимосвязь параметров в процессе ротационной вытяжки.

Одним из решений является статистическое моделирование процесса, - разработка предсказывающей модели воспроизводящей основные особенности процесса и с заданной вероятностью определяющей его режимы.

На этапе формирования исходной информации были проанализированы данные более 600 пассивных экспериментов по отработки технологии ротационной вытяжки высокоточных гильз. Полученный эмпирический материал был систематизирован, обобщен и разбит на группы, определяющие характер ведения процесса. Основной статистического моделирования являлся пакет с характеристиками, соответствующими стабильному ведению процесса.

Моделирование осуществлялось с использованием методов множественного регрессионного анализа. Независимые переменные факторы, учитываемые моделью, отбирали в зависимости от степени их влияния на характеристики процесса.

Итоговые уравнения регрессии дм рассмотренных вариантов ротационной вытяжки представлены ниже.

Для первого прохода обратной ротационной вытяжки :

-^-- .[мм/об] (6)

ГКксх 1-0,158 6 -

где N - число оборотов шпинделя [об/мин];

1>=а+21.

Область допустимых значений характеристик, входящих в (б) определяется неравен-

а < аг^ (б,341.,/0 )•

Аналогично, для второго прохода обратной ротационной вытяжки:

37,6_ . [мм/об] (7)

1-0,12 й "

А1,

Решение (7) существует если

а <агс1§ ДЗЗДТ~/тГ■

Проведенные исследования позволили получить предсказывающие вероятностно-статистические модели для оценки режимов деформирования при ротационной вытяжке. Практика подтвердила их эффективность.

Частным случаем ротационной вытяжки является ротационное редуцирование. Термин "редуцирование", характеризующий уменьшение площади поперечного сечения заготовки, более точно отражает сущность процесса, чем термин "обжим". При ротационном редуцировании, как свободном, так и по оправке толщина стенки заготовки уменьшается.

Практическое применение свободного редуцирования для получения ступенчатых внутренних поверхностей требует установления соотношений геометрических характеристик заготовок до и после деформирования. В первом приближении толщина стенки после редуцирования определяется выражением:

Практика показывает, что значения, рассчитанные с использованием (8), несколько завышены. Ошибка, в среднем, не превышает 10%, что вполне приемлемо для практических расчетов.

На основе геометрического анализа зоны редуцирования заготовки определена длина зоны внеконтактной деформации. Введено отношение зазора между заготовкой и оправкой к диаметру оправки еЛ!Л и определены границы применения редуцирования при изготовлении точных гильз. Необходимо, чтобы длина исходной заготовки под ротационную вытяжку была, по крайней мере, больше 1^>2-104 дс1Л1.

Таким образом, ротационное редуцирование расширяет технологические возможности ротационной вытяжки, позволяя изготавливать детали со ступенчатой внутренней поверхностью, обеспечивая, в отдельных случаях, уменьшение металлоемкости изготовления деталей.

На основе описанных решений и в соответствие с поставленными задачами разработан пакет прикладных программ "Технология ротационной вытяжки высокоточных гильз".

Пакет прикладных программ предназначен для проектирования исходных заготовок, выбора основных технологических решений и вариантов изготовления деталей, расчета характеристик и режимов процесса деформирования, обеспечивающих заданную точность и конструктивную прочность изготавливаемых деталей.

Пакет выполнен в виде программ, допускающих независимое выполнение любого из этапов проектирования технологического процесса. Пакет обеспечен информационной и сервисной поддержкой включающей:

1. Справочные материалы по допускам, шероховатости поверхностей, припускам на механическую обработку, сортаменту труб, типовые технические требования к заготовкам до и после ротационной вытяжки.

2. Базу данных "Технология ротационной вытяжки". Реляционная база данных содержит систематизированные данные по мерительному инструменту, технологической оснастке (номенклатура, характеристики оправок, деформирующих роликов, перечень наладок), техническим характеристикам оборудования, типовым технологическим ситуациям при отработке процесса (обобщение экспериментальных данных по ограничениям процесса, условиям образования и ограничения наплыва перед роликом, дефектам поверхностей и случаям разрушения заготовок), критериям процесса ротационной вытяжки, характеристикам изготавливаемых деталей, характеристикам схем настройки и режимам ротационной вытяжки.

3. Типовые формы.

Пакет прикладных программ в совокупности с информационным и сервисным обеспечением образует систему по автоматизированному проектированию и поддержке технологии изготовления высокоточных гильз.

Использование пакета прикладных программ "Технология ротационной вытяжки высокоточных гильз" многократно сократило трудоёмкость технологических расчётов, позволило выбирать наиболее эффективные решения, основанные на анализе множества допустимых вариантов изготовления деталей; сократить трудоёмкость отработки технологии ротационной вытяжки, за счет уменьшения числа экспериментов, для обеспечения заданного качества и точности деталей.

Пакет прикладных программ реализует возможности ротационной вытяжки оболочек как ресурсосберегающей технологии.

Основные выводы по диссертации.

1. На основе математического моделирования процесса деформирования идеального, жесткопластического тела исследована механика пластического течения при ротационной вытяжке. С использованием разработанной модели процесса определены основные характеристики п-шагового процесса деформирования. В качестве обобщенной характеристики процесса, отражающей его основные закономерности, предложена поверхность течения. Установлено, что образующей поверхности течения является спираль Архимеда: зависимости основных кинематических характеристик процесса по толщине стенки - линейны. Предложены характеристики для описания объемного пластического течения по направлениям и критерий оценки возможного разрушения заготовок при деформировании.

2. Установлены закономерности формирования напряженно-деформированного состояния при ротационной вытяжке. Решение получено с использованием допущения о пло-18

ской деформации в поперечном и меридиональном сечениях зоны деформации и основало на применении поля линий скольжения в виде двухцентровой веерной сетки. Установлено, что напряжения и деформации неравномерны и изменяются по величине, направлениям и знакам в различных зонах очага активной деформации. Вскрыта сущность процесса деформирования при ротационной вытяжке.

3. Исследованы возможность и целесообразность использования различных экспериментальных методов для изучения деформированного состояния при ротационной вытяжке. В качестве основного выбран метод исследования с использованием образцов, армированных штифтами в осевом и радиальном направлениях. Экспериментально подтверждены основные теоретические положения предложенной модели процесса. Отклонения экспериментальных данных от экстерполированных в соответствие с моделью, как правило, не превышают 16%.

4. Решен ряд технологических задач, имеющих важное практическое значение. Разработана методика расчета схем установки деформирующего инструмента. Методика обеспечивает изготовление деталей с минимальными отклонениями от прямолинейности оси. Предложена методика обеспечения заданной конструктивной прочности гильз за счет реализации упрочнения металла полученного при ротационной вытяжке заготовки. Разработаны статистические модели оценки режимов деформирования для одно- и двухпроходной ротационной вытяжки по обратному способу. Модели обеспечивают существенное сокращение трудоемкости отработки технологии изготовления высокоточных гильз.

5. Разработан пакет прикладных программ, реализующий весь комплекс технологических расчетов, показана эффективность расчетных методик и предложенных технологических решений: металлоемкость технологии уменьшена на 30...50%, сокращение трудоемкости в 3...5 раз. Пакет прикладных программ в совокупности с разработанным информационным и сервисным обеспечением образует систему по автоматизированному проектированию и сопровождению технологии изготовления высокоточных гильз.

6. Результаты работы внедрены на ГУЛ "Машиностроительный завод" ПО Сибсель-маш при непосредственном участии автора. Детали, изготавливаемые по предложенной технологии используются в изделиях Кемеровского авторемонтного завода. Омского завода транспортного машиностроения, АО "Энерпред" г. Иркутск, СП "Саянал", г. Саяногорск, Ошский машиностроительный завод, г. Ош, Кыргызстан, АО "Гидромаш", г. Новосибирск, АО ИПФ, г. Новосибирск, НПО "Сибсельмаш", г. Новосибирск. За период с 1994 по 1997 г.г. только по деталям Омского завода транспортного машиностроения получена экономия металла более 139 тонн.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. Кирьянов A.A., Залата В.И. Особенности изготовления заготовок гильз гидроцилиндров ротационной вытяжкой. Кузнечно-штамповочное производство. 1995_№1.с.5-7.

2. Кирьянов A.A., Мишунин В.А. Оценка режимов деформирования при ротационной вытяжке цилиндрических деталей. Кузнечно-штамповочное производство. 1997.№1 l.c.27-29.

3. Кирьянов A.A., Залата В.И. Технология изготовления заготовок высокоточных гильз ротационной вытяжкой. Тезисы докладов на международной конференции по авангардным технологиям, оборудованию, инструменту и компьютеризации производства оптико-электронных приборов в машиностроении. Новосибирск.СГГА.1995, с.17-18.

4. Постников A.C., Кирьянов A.A., Залата В.И. Система автоматизированного проектирования технологического процесса операции ротационной вытяжки. Информационный листок №647-93. Новосибирский ЦНТИ.

5. Кирьянов A.A., Залата В.И. Способ изготовления полых осесимметричных деталей со ступенчатой внутренней поверхностью. А.С.№1771851 В 21 D 22/16, 1992.

6. Залата В.И., Кирьянов A.A. Способ изготовления полых осесимметричных деталей многопроходным ротационным выдавливанием. Патент № 2054341 В 21 D 22/16, 1996.

7. Кирьянов A.A., Залата В.И. Процесс изготовления гильз гидро- и пневмоцилиндров методом холодного ротационного выдавливания. Информационный листок №107-93. Новосибирский ЦНТИ.

8. Кирьянов A.A. Исследование механики формообразования процесса ротационной вытяжки. Статья находится на рецензии в редакции журнала "Кузнечно-штамповочное производство", вх.89/98 от 27.05.98 г.

Текст научной работы диссертации и автореферата по механике, кандидата технических наук, Кирьянов, Александр Александрович, Новосибирск

Новосибирский государственный технический университет

...... /

На правах рукопиш

Кирьянов Александр Александрович

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОСНОВ

ПРОЦЕССА РОТАЦИОННОЙ ВЫТЯЖКИ.

01.02.04 - механика деформируемого твердого тела.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук.

Научный руководитель: профессор, кандидат технических наук

Мишунин В.А.

г. Новосибирск 1998 г.

Оглавление.

Оглавление. 2

Введение. 4

ГЛАВА I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ. 7

Краткие выводы. 31

Задачи работы. 33

ГЛАВА II. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИКИ ФОРМОИЗМЕНЕНИЯ ПРОЦЕССА

РОТАЦИОННОЙ ВЫТЯЖКИ. 34

1. Особенности процесса ротационной вытяжки. 34

2. Кинематические характеристики процесса деформирования при ротационной вытяжке с утонением. 35

2.1. Основные положения модели. 35

2.2. Кинематические и геометрические характеристики элементов по переходам деформирования. 38

2.3. Выводы. 44

3. Уравнение образующей поверхности течения. 46

4. Характеристики перемещения металла в осевом, радиальном и тангенциальном направлениях. 48

5. Моделирование процесса деформирования при ротационной вытяжке с утонением. 51

5.1. Структура очага деформации и стадийность его развития. 51

5.2. Анализ двухцентровой веерной сетки линий скольжения применительно к решению задачи вытяжки через клиновидную матрицу. 52

5.3. Задача о повороте линий тока в тангенциальном направлении. 57

5.3.1. Исходные положения. 57

5.3.2. Годограф скоростей и его характеристики для случая 5t¡ < 2tu sin а\ 58

5.3.3. Определение угла поворота линии тока в тангенциальном направлении. 61

5.4. Обобщенный анализ напряженно-деформированного состояния при ротационной вытяжке с утонением. 62

г 5.5. Моделирование процесса ротационной вытяжки. Пример расчета. 66

5.6. Выводы. Перспективы дальнейшего развития модели. 66

ГЛАВА III. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДЕФОРМИРОВАННОГО

СОСТОЯНИЯ ПРИ РОТАЦИОННОЙ ВЫТЯЖКЕ. 69

1.3адачи исследования. 69

2. Методы исследования деформированного состояния при ротационной вытяжке. 69 2.1 .Исследование деформированного состояния в зоне деформации с помощью метода делительных

сеток. 69

2.2. Исследование деформированного состояния испытанием твердости. 72

2.3.Исследование деформированного состояния на слоистых моделях. 74

2.4. Исследование деформированного состояния с использованием образцов, армированных проволочками. 76

2.4.1.Методика экспериментального исследования и обработки данных. 76

2.4.2.Результаты эксперимента. 79

Образец армированный проволочками в осевом направлении. 79

Образец армированный проволочками в радиальном направлении. 85

2.5. Выводы. 89

2.6. Анализ эмпирических данных. 91

Г Л А В А IV. ПРИКЛАДНЫЕ ЗАДАЧИ ТЕХНОЛОГИИ РОТАЦИОННОЙ ВЫТЯЖКИ

ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ. 98

1. Постановка вопроса. 98

2. Характеристики схем деформирования. Технологические особенности несимметричных схем деформирования. 99 2.1. Цели исследования. 99 2.2.Элементы контактной поверхности. 101

2.3.Критерии для разработки методики расчета элементов схем деформирования. 104

2.4. Равенство радиальных составляющих усилия деформирования как условие стабильности процесса деформирования. 105

2.5. Методика расчета элементов схемы деформирования по равенству радиальных составляющих усилия деформирования. 108

3. Определение характеристик заготовок, обеспечивающих заданную конструктивную прочность деталей. 109

3.1. Постановка задачи. 109

3.2. Методика расчета. 110

3.3. Исследование механических характеристик металла заготовок на основных этапах изготовления

гильз. 112

3.4. Испытание разрушающим давлением. Исследование упругих и остаточных деформаций. 114

4. Оценка режимов деформирования при ротационной вытяжке цилиндрических деталей по данным пассивных экспериментов. 114

5. Ротационное редуцирование цилиндрических заготовок. 121

5.1. Область применения. 121

5.2. Оценка изменения толщины стенки при свободном ротационном редуцировании. 122

5.3. Геометрия зоны деформации при свободном редуцировании. 123

5.4. Редуцирование по оправке. 125

6. Пакет прикладных программ "Технология ротационной вытяжки высокоточных гильз". 126

6.1. Назначение и структура пакета прикладных программ. 126

6.2. Проектирование технологического процесса ротационной вытяжки высокоточных гильз. 129 Основные выводы по работе. 132 Приложения. 134 Список литературы. 145

Введение.

Научная новизна работы:

3. Решен ряд технологических задач, имеющих важное практическое значение. Разработана методика расчета схем установки деформирующего инструмента, которая обеспечивает изготовление деталей с минимальными отклонениями от прямолинейности оси. Пред-

ложена методика обеспечения заданной конструктивной прочности гильз за счет реализации упрочнения металла при ротационной вытяжке заготовки. Разработаны статистические модели оценки режимов деформирования для одно- и двухпроходной ротационной вытяжки по обратному способу.

4. Разработан пакет прикладных программ "Технология ротационной вытяжки высокоточных гильз", реализующий весь комплекс технологических расчетов. Пакет включает информационное, сервисное обеспечение, средства укрупненного технико-экономического анализа принимаемых решений.

Практическую значимость работы представляют: - разработка и внедрение в производство технологии изготовления высокоточных гильз с использованием ротационной вытяжки;

-методика укрупненного технико-экономического анализа принимаемых технологических решений;

-методики расчета характеристик промежуточных заготовок, параметров и режимов процесса, обеспечивающих технологически заданную точность и конструктивную прочность деталей;

-методика расчета характеристик схемы установки деформирующего инструмента, которая обеспечивает минимальные отклонения формы изготавливаемых деталей;

-технологические рекомендации и критерии, включенные в базу технологических данных, являющейся информационным обеспечением пакета прикладных программ.

В основу исследований автором положены работы по теории процессов ротационной вытяжки и поперечной прокатки ТетеринаП.К.,ШевакинаЮ.Д.,СейдалиеваД.С., Казакевича И.И., Ракова, Л.А., Вальтера АИ., Юдина Л.Г., зарубежных исследователей Кабаяши Ш, Уэлса и других.

В первой главе проведен анализ предшествующих теоретических, экспериментальных и прикладных исследований и сформулированы основные задачи работы.

Во второй главе исследована механика процесса пластического деформирования при ротационной вытяжке и предложена математическая модель процесса.

В третьей гпаве приведены результаты экспериментальных исследований деформированного состояния при ротационной вытяжке и подтверждены основные теоретические положения предложенной модели процесса.

Работа выполнена на базе ГУЛ "Машиностроительный завод" ПО "Сибсельмаш", г. Новосибирск. Исследования точностных характеристик гильз проведены на АО "Кемеровский авторемонтный завод", исследование упругих и остаточных деформаций гильз при нагружении внутренним давлением выполнено специалистами АО "Энерпред", г. Иркутск.

Разработка и внедрение технологии изготовления высокоточных гильз в производство выполнены автором совместно с ведущим инженером Залата В.И.

Результаты работы внедрены на ГУЛ "Машиностроительный завод" ПО Сибсельмаш. Детали, изготавливаемые по предложенной технологии, используются в изделиях Кемеровского авторемонтного завода, Омского завода транспортного машиностроения, АО "Энерпред" г. Иркутск, СП "Саянал", г. Саяногорск, Ошского машиностроительного завода, г. Ош, Кыргызстан, АО "Гидромаш", г. Новосибирск, АО ИПФ, г. Новосибирск, НПО "Сибсельмаш", г. Новосибирск.

ГЛАВАМ.

Состояние вопроса и постановка задачи исследований.

ГОСТ 18970-84 рекомендует термин "ротационная вытяжка" и определяет процесс как вытяжку при относительном вращении инструмента и заготовки. ГОСТ не разделяет способы ротационной вытяжки.

Многообразие конкретных схем реализации процесса делает актуальной проблему единства терминологии. Проблема неоднократно обсуждалась в литературе [1,3,4,10],однако единая терминология не установлена. В технической литературе используют термины: ротационная протяжка (как частный случай ротационной вытяжки - Могильный Н.И.), обкатка, ротационная обкатка, обкатка на оправке (Уэлс, Капорович В.Г., Э. Томсен), поперечная прокатка (Шевакин Ю.Д., Тетерин П.К., Казакевич И.И. и другие), ротационное выдавливание (Ч. Уик, Гредитор М.Л. и другие).

Анализ определений терминов "раскатка" и "протяжка" [40] выявил использование однотипных признаков, в том числе, характеризующих другие процессы. По мнению Капоровича В.Г. более удачным является термин "обкатка" - ротационная обкатка. Анализ кинематики процесса и исследование структурных изменений в металле при ротационной вытяжке [29] подтверждают корректность этого утверждения.

Анализ механических схем деформаций (по Губкину С.И.), характерных для различных зон очага деформации и различных способов ротационной вытяжки, показывает, что аналогичные схемы имеют место в процессах прокатки, выдавливания, обкатки (Рис.1),что не позволяет однозначно классифицировать процесс по типу одного из перечисленных. Поэтому к дальнейшему рассмотрению примем термин "ротационная вытяжка", ставя ему в соответствие все вышеперечисленные термины, используемые в литературе. Их аналогами в иностранной литературе являются термины: английские - Flow Forming, Spin Forming, Shear Spinning и другие; немецкие - Drucken, Metalldrucken; французские - Repoussage, Floutournage.

При определении процесса важно выделить значимые признаки процесса, выражающие его сущность и отличающие его от других процессов обработки металлов давлением. Наиболее точным является определение Е.И. Исаченкова, определившего, что сущность процесса состоит в суммировании элементарных деформаций плоского или объемно-пластического истечения под действием локальной нагрузки и распространении их по винтовой образующей детали.

Процесс ротационной вытяжки, будучи известным с начала XX века [4], широкое развитие получил в течение последних 30-40 лет. Этот факт отражает тенденцию в обработке металлов, направленную на локализацию деформации и распространении ее по объему заготовки по определенной траектории, определяемой кинематической схемой вытяжки. Принципиальные схемы ротационной вытяжки систематизированы по исполнительным движениям и областям применения [3].

Многообразие схем реализации процесса расширяет его технологические возможности, делает его более универсальным (по оснастке и возможностям управления). Во многом этим определяется область применения процесса. При определенных условиях ротационная вытяжка по производительности и экономичности превосходит штамповку [42], что позволяет использовать его в условиях единичного, серийного и даже массового производства (Рис.2). Процесс используют для изготовления широкой номенклатуры изделий приборо - и машиностроения, авиакосмической промышленности, товаров народного потребления, объединяемых классом полых осесимметричных деталей как с прямолинейной (цилиндры, конусы), так и с криволинейной образующей (включая детали с выпукло-вогнутыми поверхностями). Холодной ротационной вытяжкой изготавливают детали с внутренним диаметром до 6 метров [42], толщиной стенки от сотых долей миллиметра [4] до 20 ... 30 миллиметров (из стали) и длиной до 30 метров [1]. Обрабатываемые металлы и сплавы включают углеродистые стали с различным содержанием углерода, низко-, средне- и высоколегированные стали, сплавы алюминия. Ротационная вытяжка является перспективным способом изготовления деталей из никеля, вольфрама, молибдена, ниобия, тантала, титана и их сплавов [3], что объясняется благоприятной схемой напряженного состояния.

Рис.1. Механические схемы деформации характерные для различных процессов обработки металлов давлением; аналогия с процессом ротационной вытяжки:

1,11- обратная ротационная вытяжка [6];/// - прямая ротационная вытяжка \6\ JV- прямая ротационная вытяжка [29]; V- аналогия, основанная на экспериментах Калпаксиоглу [6].

100% 90% 80% + 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%

5-7%

40-50 %

4-11 %

Штамповка

Ротационная вытяжка

Рис. 2. Гистограммы сравнительных технико-экономических показателей штамповки и ротационной вытяжки [42]:

1 - время подготовки производства;

2 - установленная мощность оборудования;

3 - усилие вытяжки.

Ротационная вытяжка - высокоэффективный процесс обработки металлов давлением, обладающий важными преимуществами, в сравнение с другими способами обработки металлов

давлением.

Ввиду упрочнения металла заготовки при холодной ротационной вытяжке появляется явно выраженная анизотропия механических характеристик материала. Ориентация деформированных волокон по контуру оправки является более предпочтительной: повышается усталостная прочность и предел прочности на растяжение [4], повышается поверхностная твердость и, следовательно, сопротивление истиранию.

При минимальных затратах времени на переналаживание оборудования ротационная вытяжка открывает возможность многовариантного выполнения операции.

Ротационная вытяжка позволяет обнаруживать дефекты металла, которые при других способах обработки могли оказаться скрытыми.

Одним из основных преимуществ ротационной вытяжки является возможность изготовления высококачественных полых деталей с минимальными допусками на толщину стенки и внутренний диаметр (не более 0,025 мм), шероховатостью внутренней поверхности на уровне 9-10 класса (Ка 0,15 ... 0.2), и шероховатостью наружной поверхности Яа 0,8... 1,6 и при необходимости выше [4]. Поэтому процесс можно считать идеальным для изготовления высокоточных полых осесимметричных деталей, в том числе тонкостенных. Известны многочисленные оригинальные приложения процесса к изготовлению полых деталей без оправки, решетчатых (с дополнительным травлением) [4], листов из высокопрочных сталей (с дополнительной разрезкой и разверткой) [1], многослойных труб и других деталей, раскрывающих потенциальные возможности процесса ротационной вытяжки [66,70,73,74,78].

Одним из факторов сдерживающих широкое внедрение процесса в производство является его недостаточная изученность и отсутствие точных расчетных зависимостей для определения режимов и параметров процесса [1]. Установлены лишь общие закономерности влияния тех или иных характеристик на процесс деформирования и на их основе разработаны рекомендации, нашедшие отражение в литературе [1,4,6], отраслевых стандартах, руководящих мате-

риалах, там же содержатся рекомендации по экспериментальной отработке режимов и параметров процесса. Трудоемкость последнего этапа непосредственно зависит от степени изученности процесса.

Н.И. Могильным [42] сформулированы основные направления дальнейшего исследования процесса ротационной вытяжки, которые достаточно точно отражают требования теории и практики внедрения процесса в производство:

- изучение закономерностей механики течения при ротационной вытяжке;

- изуч