Экспериментальная оснастка для исследования инновационных методов волочения труб инструментом с регулярной микрогеометрией в условиях применения металлоплакирующих смазок

Размещено на http://www.allbest.ru/

экспериментальная оснастка для исследования инновационных методов волочения труб инструментом с регулярной микрогеометрией в условиях применения металлоплакирующих смазок

Щедрин А.В.¹, Жаворонков С.А.²

Email: Shchedrin17126@scientifictext.ru

¹Щедрин Алексей Владиславович - кандидат технических наук, доцент;

²Жаворонков Сергей Александрович - студент, кафедра технологии и оборудования прокатки,

Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана, г. Москва

Аннотация: в данной статье представлена конструкция экспериментальной оснастки для исследования инновационных методов оправочного волочения труб и труднообрабатываемых материалов инструментом с регулярной микрогеометрией поверхности в условиях металлоплакирующих смазок. В ходе эксперимента, проведенного на экспериментальной оснастке, было выявлено, что совместное использование данных методов в процессе волочения, позволяет снизить усилия в очаге деформации, а также реализовать фундаментальное научное открытие «эффект безызносности при трении Гаркунова-Крагельского». Проведенное исследование показало стабильное снижение усилия волочения. Полученные результаты дают нам основание утверждать, что подобный энергосиловой эффект может существенно повысить качество обработки поверхности и стойкость инструмента.

Ключевые слова: оправочное волочение труб, регулярный микрорельеф, металлоплакирующая смазка, эффект безызносности при трении.

EXPERIMENTAL EQUIPMENT FOR INVESTIGATION OF INNOVATIVE METHODS OF TUBES WITH A TOOL WITH REGULAR MICROGEOMETRY IN CONDITIONS OF APPLICATION OF METAL-LIQUID LUBRICANTS

Shchedrin A.V.¹, Zhavoronkov S.A.²

¹Shchedrin Alexey Vladislavovich - PhD in Technical Sciences, Associate Professor;

²Zhavoronkov Sergey Alexandrovich - Student,

DEPARTMENT TECHNOLOGIES AND EQUIPMENT OF ROLLING, MOSCOW STATE TECHNICAL UNIVERSITY N.E. BAUMAN, MOSCOW

Abstract: this article presents the design of experimental rigging for the study of innovative methods of mandrel drawing of pipes and hard-to-digest materials using a tool with regular surface microgeometry under conditions of metal-luting greases. During the experiment carried out on the experimental equipment, it was revealed that the joint use of these methods in the process of drawing allows to reduce the forces in the deformation zone, and also to realize the fundamental scientific discovery "the effect of non-friction with friction Garkunov-Kragelsky." The study showed a stable reduction in the drag force. The obtained results give us grounds to assert that such energy-power effect can significantly improve the quality of surface treatment and tool life. Keywords: mandrel drawing of pipes, regular microrelief, metal-clad grease, frictionless effect.

УДК 621.774.37

Как показывает системный анализ существующих методов волочения труб [1] основным отрицательным физическим явлением данных технологий являются контактные процессы, важнейший из которых трение.

Используя достижения фундаментального импортозамещающего направления «трибология на основе самоорганизации» [2, 3], студентами кафедр: «Оборудование и технологии прокатки» и «Технологии обработки материалов» МГТУ им. Н.Э. Баумана разработана экспериментальная оснастка для исследования инновационных методов оправочного волочения труб из труднообрабатываемых материалов инструментом с регулярным микрорельефом воздействующих поверхностей в условиях применения современных металлоплакирующих смазок, реализующих фундаментальное научное открытие «эффект безызносности при трении Гаркунова-Крагельского» [4-8].

Приспособление для волочения на базе гидравлического пресса. Включающий (рис. 1): опорную плиту 1; обойму 2, по трем отверстиям которой перемещаются штанги 3, связанные верхним 4 и нижним фланцем 5. На шаровой опоре 6 установленная деформирующая фильера 7, воздействующие поверхности рабочего канала которой упрочнены регулярным микрорельефом [3-5]. Тяговое устройство приспособления состоит из двух полумуфт 8, связанных разрезными пружинными кольцами 9.

Первый вариант схемы оправочного волочения трубных заготовок включает их единое изготовление с полым участком 10 и с резьбовым участком под резьбу М16 для захвата тяговым устройством приспособления. Перед волочением в отверстие полого участка такого имитатора трубной заготовки помещается с зазором оправка 11, упрочненная регулярным микрорельефом 12 и покрытая металлоплакирующей смазкой. После обжатия полого участка образца - заготовки 10 через фильеру 7, оправка 11 расперессовывается с помощью вилочного упора (не показан), установленного в инструментальную полость обоймы 2 вместо фильер 7. При этом силоизмерительной системой фиксируется сила распрессовки или извлечения оправки 11 из образца - заготовки 10.

Из-за наличия регулярного микрорельефа 12 поверхности оправки и запаса металлоплакирующей смазки в его канавках минимизируется усилие распрессовки, адгезия и износ оправки по аналогии с исследованиями [3-8].

Второй вариант экспериментальной схемы оправочного волочения трубной заготовки включает применение оправки 13, рабочая часть которой упрочнена аналогичным регулярным микрорельефом 12. Трубный образец - заготовка 14 фиксируется гайкой 15. После обжатия заготовки 14 через фильеру 7, гайка 15 свинчивается, а заготовка 14 спрессовывается с оправки 13 аналогично предыдущему варианту с помощью кольцевого вилочного упора.

Рис. 1. Экспериментальная оснастка:

1 - опорная плита, 2 - обойма, 3 - направляющие штанги, 4 - верхний фланец, 5 - нижний фланец, 6 - шаровая опора, 7 - фильера, 8 - разрезная полумуфта, 9 - резиновые кольца, 10, 14 - трубная заготовка, 11 - неподвижная оправка, 12 - микрорельеф, 13 - оправка, 15 - фиксирующая гайка

Разработанная установка позволила сымитировать процесс волочения в лабораторных условиях, на данной установке были проведены эксперименты на материалах сталь 45, Д16Т с нанесением микрорельефа на поверхность фильеры, а также с применением металлоплакирующей смазки Valena-SV. Результаты эксперимента для цельного прутка диаметром 20 мм. Результаты приведены на рис. 2.

qд , Н/мм

Размещено на http://www.allbest.ru/

iф , мм

Рис. 2. Зависимость удельного усилия деформации от абсолютной фактической деформации.

1 - заготовка без микрорельефа (смазка И-40), 2 - заготовка с микрорельефом (смазка Valena-SV) 5

При фактическом обжатии в 0,4мм (2%) мы видим снижение усилия на 39%, при этом, получаемая поверхность имеет 8 квалитет точности.

Более высокое качество поверхности имитаторов труб, полученных по обеим схемам оправочного волочения, наиболее близким к промышленным технологиям, когда трубная заготовка вместе со вставленной оправкой обжимается через фильеру, а затем оправка извлекается (распрессовывается), объясняется тем, что каждый выступ регулярного микрорельефа является микроиндентером, оказывающим дополнительное воздействие на поверхностный слой в виде много цикловой деформации [4-5]. Другая причина высокой комплексной эффективности синтезированной инновационной технологии волочения труб - пластифицирование деформируемых слоев трубной заготовки («эффект Ребиндера»).

Дальнейшее системное совершенствование инновационных методов оправочного волочения труб из труднообрабатываемых материалов предполагает:

• Регулярную микрогеометрию поверхности исходных заготовок;

• Волочение в условиях самовозбуждаемого истечения металлоплакирующих смазок по канавкам регулярного микрорельефа инструментальной оснастки;

• Предварительное латунирование поверхностей трубной заготовки, воздействующих поверхностей фильер и оправок (патент РФ №2593062, 2017118781) [9-12].

Все эти нововведения позволяют снизить трение на контактных поверхностях.

Экспериментальное исследование при волочении сплошных прутков из углеродистых, нержавеющих сталей и цветных сплавов на основе меди и алюминия реализовало эффект «безызносности при трении Гаркунова-Крагельского», и показало стабильное снижение усилия волочения. Полученные результаты дают нам основание утверждать, что подобный энергосиловой эффект, может существенно повысить качество обработки поверхности и стойкость инструмента.

волочение труба трение поверхность

Список литературы / References

1. Савин Г.А. Волочение труб. М.: «Металлургия», 1982. 160 с.

2. Гаркунов Д.Н., Мельников Э.Л., Бабель В.Г. и др. Трибология на основе самоорганизации. Германия. LAMBERT. 245 с.

3. Щедрин А.В., Чихачева Н.Ю., Ульянов В.В. и др. Трибология как фундаментальная основа системного проектирования конкурентоспособных технологических объектов // Ремонт, восстановление, модернизация, 2009. № 4. С. 15-22.

4. Щедрин А.В., Гаврилов С.А., Ерохин В.В. и др. Повышение качества и производительности методов комбинированной обработки инструментом с регулярной микрогеометрией поверхности на основе применения металлоплакирующих смазок // Упрочняющие технологии и покрытия, 2011. № 8. С. 21-25.

5. Гаврилов С.А. Совершенствование процесса поверхностного пластического деформирования на основе применения металлоплакирующих смазочных материалов // Трение и смазка в машинах и механизмах, 2013. № 4. С. 33-34.

6. Гаврилов С.А., Зинин М.А. Применение эффекта безызносности при синтезе маталлоплакирующих смазок для экстремальных условий трения // Заготовительные производства в машиностроении, 2013. № 3. С. 21-25.

7. Щедрин А.В., Гаврилов С.А., Косарев И.В. и др. Формирование очагов деформации при охватывающем поверхностном пластическом деформирование // Трение и смазка в машинах и механизмах, 2014. № 10. С. 3-7.

8. Щедрин А.В. и др. Теоретические и экспериментальные исследования охватывающего поверхностного пластического деформирования в условиях применения металлоплакирующих смазочных материалов // Упрочняющие технологии и покрытия, 2014. № 2. С. 11-17.

9. Щедрин А.В., Козлов А.Ю., Кострюков А.А. Совершенствование охватывающего поверхностного пластического деформирования за счет регуляризации микрогеометрии поверхности обрабатываемой заготовки // Упрочняющие технологии и покрытия, 2017. Том 13. № 4. С. 162-168.

10. Щедрин А.В., Козлов А.Ю. Совершенствование технологии применения металлоплакирующих смазочных материалов в методах охватывающего поверхностного пластического деформирования инструментом с регулярной микрогеометрией // Упрочняющие технологии и покрытия, 2014. № 3. С. 8.

11. Щедрин А.В., Кострюков А.А., Чихачёва Н.Ю. и др. Технологические возможности метода комбинированного прошивания отверстий с противодавлением металлоплакирующих смазок // Сборка в машиностроении, приборостроении, 2016. № 9. С. 30-35.

12. Щедрин А.В., Кострюков А.А. Применение триботехнологий на основе самоорганизации для системного совершенствования процессов холодного пластического деформирования // Упрочняющие технологии и покрытия, 2017. Том 13. № 11. С. 495-499.

Размещено на Allbest.ru