RU2626703C2 - Method of cylindrical parts parameters stabilization - Google Patents

Method of cylindrical parts parameters stabilization Download PDF

Info

Publication number
RU2626703C2
RU2626703C2 RU2015148861A RU2015148861A RU2626703C2 RU 2626703 C2 RU2626703 C2 RU 2626703C2 RU 2015148861 A RU2015148861 A RU 2015148861A RU 2015148861 A RU2015148861 A RU 2015148861A RU 2626703 C2 RU2626703 C2 RU 2626703C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
axis
external load
bending
rotation
plastic deformation
Prior art date
Application number
RU2015148861A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2015148861A (en
Inventor
Альберт Викторович Королев
Андрей Альбертович Королев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.)
Priority to RU2015148861A priority Critical patent/RU2626703C2/en
Publication of RU2015148861A publication Critical patent/RU2015148861A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2626703C2 publication Critical patent/RU2626703C2/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21DWORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D3/00Straightening or restoring form of metal rods, metal tubes, metal profiles, or specific articles made therefrom, whether or not in combination with sheet metal parts
    • B21D3/10Straightening or restoring form of metal rods, metal tubes, metal profiles, or specific articles made therefrom, whether or not in combination with sheet metal parts between rams and anvils or abutments

Landscapes

  • Photoreceptors In Electrophotography (AREA)
  • Shaping Of Tube Ends By Bending Or Straightening (AREA)

Abstract

FIELD: machine engineering.
SUBSTANCE: part is put into rotation and applied the external load to it, causing the plastic deformation in it. One end of the part is fixed in the chuck of the machine and the part is given the multi-cycle uniform rotation about its axis, the external load in the form of the bending moment is applied to the other end.
EFFECT: geometric dimensions of the part are improved by eliminating the residual stresses along the axis of the part.
1 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к холодной обработке металлов давлением, а именно к способам для стабилизации размеров длинномерных цилиндрических деталей типа валов, осей, штанг, штоков и т.д.The invention relates to cold forming of metals, and in particular to methods for stabilizing the dimensions of long cylindrical parts such as shafts, axles, rods, rods, etc.

Известны способы статической правки длинномерных деталей типа прутков, валов, листов, осуществляемые путем приложения внешней нагрузки к неподвижной детали в одном или в двух направлениях - в поперечном и продольном, вызывающей пластическую деформацию в детали и исправляющую изогнутость оси детали, описанные в авторских свидетельствах SU на изобретение №138212, №1148663, №410851, патентах RU на изобретете №2525023, №2140842.Known methods for static editing of long parts such as rods, shafts, sheets, carried out by applying an external load to a fixed part in one or two directions - in the transverse and longitudinal, causing plastic deformation in the part and correcting the curvature of the axis of the part described in the copyright certificates SU on invention No. 133812, No. 1148663, No. 410851, RU patents on the invention No. 2525023, No. 2140842.

Недостатками этих способов является то, что после снятия внешней нагрузки в детали возникают остаточные напряжения, которые со временем изменяют ее форму и размеры. Кроме того, под действием внешней нагрузки возникают неравномерные напряжения как в поперечном сечении детали, так и вдоль оси детали, что не обеспечивает равномерную правку и снижает качество обработки.The disadvantages of these methods is that after the external load is removed, residual stresses occur in the part, which change its shape and size over time. In addition, under the influence of external load, uneven stresses arise both in the cross section of the part and along the axis of the part, which does not provide uniform dressing and reduces the quality of processing.

К другим способам правки относятся способы [патенты RU на изобретения №2478031, №2457100, №2380212], при осуществлении которых детали придают вращение вокруг оси и нагружают деталь поперечной силой. За счет вращения детали в поперечном сечении детали формируются равномерно распределенные вдоль окружности сечения напряжения, что способствует стабилизации положения оси детали.Other editing methods include methods [RU patents for inventions No. 2478031, No. 2457100, No. 2380212], in the implementation of which the parts give rotation around the axis and load the part with shear force. Due to the rotation of the part in the cross section of the part, stress sections uniformly distributed along the circumference are formed, which helps to stabilize the position of the axis of the part.

К недостаткам этих способов относится то, что вдоль оси детали возникают неравномерные напряжения, что снижает качество обработки. Кроме того внешняя нагрузка не вызывает в детали пластическую деформацию, что не обеспечивает исправление исходной погрешности расположения оси детали.The disadvantages of these methods include the fact that uneven stresses occur along the axis of the part, which reduces the quality of processing. In addition, the external load does not cause plastic deformation in the part, which does not provide a correction of the initial error in the location of the axis of the part.

Наиболее близким аналогом по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому является способ стабилизации параметров цилиндрических деталей, при котором детали придают вращение и прикладывают к ней внешнюю нагрузку, вызывающую в ней пластическую деформацию, описанный в патенте RU на изобретение №2116150. Вращение детали ограничивается ее поворотом вокруг оси. Внешнюю нагрузку обеспечивают статическим радиальным обжатием детали валками до выпрямления детали в нижних опорных и верхних деформирующих элементах, расположенных в шахматном порядке. Помимо радиального обжатия к детали дополнительно прикладывают осевое сжимающее усилие до напряжения, соответствующего пределу текучести материала заготовки, а также осуществляют ее скручивание относительно продольной оси. За счет пластической деформации осуществляется исправление исходной погрешности расположения оси детали, а за счет поворота детали обеспечивается воздействие на нее внешней нагрузки со всех сторон, что способствует стабилизации положения оси детали.The closest analogue in technical essence and the achieved effect to the claimed one is a method of stabilizing the parameters of cylindrical parts, in which the parts give rotation and apply an external load to it, causing plastic deformation in it, described in RU patent for invention No. 2116150. The rotation of the part is limited by its rotation around the axis. The external load is provided by static radial compression of the part by rolls until the part is straightened in the lower supporting and upper deforming elements arranged in a checkerboard pattern. In addition to radial compression, an axial compressive force is additionally applied to the part to a stress corresponding to the yield strength of the workpiece material, and it is also twisted relative to the longitudinal axis. Due to plastic deformation, the initial error in the location of the axis of the part is corrected, and due to the rotation of the part, an external load is applied to it from all sides, which helps to stabilize the position of the axis of the part.

Недостатком наиболее близкого аналога является низкое качество стабилизации размеров, так как при выпрямлении детали со стороны выпуклости образуются упругие напряжения сжатия, а со стороны вогнутости - упругие напряжения растяжения. При воздействии осевой нагрузки возникающие дополнительные напряжения сжатия суммируются с упругими напряжения сжатия со стороны выпуклости детали, в этой ее части осуществляется пластическая деформация и возникают остаточные напряжения, равные пределу текучести материала. Напряжения растяжения, со стороны выпуклости детали суммируясь с напряжениями сжатия от осевой нагрузки, создают напряжение, которое меньше предела текучести. В этой части заготовки осуществляется упругая деформация. Таким образом, после снятия внешней нагрузки деталь стабилизируется только частично. Но в результате пластической деформации в ней остаются остаточные напряжения, которые в дальнейшем приводят к ее дополнительной упругой деформации. Поворот выпрямленной детали между роликами не приводит к ее циклической деформации, а следовательно, не оказывает влияние на стабилизацию размеров. Недостатком способа является и то, что деформация детали в различных ее поперечных сечениях получается различная и за счет этого исправляющая способность способа снижается. Кроме того, указанный способ сложен в осуществлении, так как требует наличия громоздких силовых механизмов.The disadvantage of the closest analogue is the low quality of dimensional stabilization, since when the part is straightened from the convex side, elastic compression stresses are formed, and from the concavity, elastic tensile stresses are formed. Under the action of axial load, additional compression stresses arising are summed with elastic compression stresses on the part convexity side, plastic deformation is carried out in this part and residual stresses occur that are equal to the yield strength of the material. Tensile stresses, from the bulge side of the part, combined with the compressive stresses from the axial load, create a stress that is less than the yield strength. Elastic deformation is carried out in this part of the workpiece. Thus, after removing the external load, the part is only partially stabilized. But as a result of plastic deformation, residual stresses remain in it, which subsequently lead to its additional elastic deformation. The rotation of the straightened part between the rollers does not lead to its cyclic deformation, and therefore does not affect the stabilization of dimensions. The disadvantage of this method is that the deformation of the part in its various cross sections is different and due to this the correcting ability of the method is reduced. In addition, this method is difficult to implement, as it requires the presence of bulky power mechanisms.

Задачей изобретения является повышение качества процесса стабилизации геометрических параметров детали.The objective of the invention is to improve the quality of the process of stabilization of the geometric parameters of the part.

Поставленная задача достигается тем, что в заявляемом способе стабилизации параметров цилиндрических деталей, при котором детали придают вращение и прикладывают к ней внешнюю нагрузку, вызывающую в ней пластическую деформацию, один конец детали закрепляют в патроне станка и придают детали многоцикловое равномерное вращение вокруг ее оси, к другому концу прикладывают внешнюю нагрузку в виде изгибающего момента, определяемого по формуле:The problem is achieved by the fact that in the claimed method of stabilizing the parameters of cylindrical parts, in which the parts give rotation and apply an external load to it, causing plastic deformation in it, one end of the part is fixed in the machine cartridge and the part is given multi-cycle uniform rotation around its axis, to to the other end, an external load is applied in the form of a bending moment, determined by the formula:

M≥σT⋅W,M≥σ T ⋅W,

где σT - предел текучести материала детали, МПа;where σ T is the yield strength of the material of the part, MPa;

W - момент сопротивления изгибу сечения детали, мм3.W is the moment of resistance to bending of the section of the part, mm 3 .

Техническим результатом является равномерное удаление остаточных напряжений вдоль оси детали.The technical result is the uniform removal of residual stresses along the axis of the part.

Так как к концу детали прикладывают изгибающий момент, то во всех поперечных сечениях детали возникает одно и то же напряжение изгиба, что устраняет напряжения и однородно стабилизирует деталь по всей ее длине. Так как детали придают многоцикловое равномерное вращение, то вдоль окружности каждого сечения детали создаются одинаковые условия деформации и релаксации остаточных напряжений, что также способствует стабилизации геометрических параметров детали. А так как изгибающий момент выбирают из условия создания по всей длине детали пластической деформации, то осуществляется исправление исходной погрешности формы детали равномерно по всей ее длине.Since a bending moment is applied to the end of the part, the same bending stress arises in all cross sections of the part, which eliminates stress and uniformly stabilizes the part along its entire length. Since the parts give a multi-cycle uniform rotation, the same conditions of deformation and relaxation of residual stresses are created along the circumference of each section of the part, which also helps to stabilize the geometric parameters of the part. And since the bending moment is selected from the condition of creating plastic deformation along the entire length of the part, the initial error in the shape of the part is corrected uniformly along its entire length.

Сущность изобретения поясняется с помощью чертежа, на котором изображена схема обработки детали в соответствии с заявляемым способом, а позициями 1-2 обозначены:The invention is illustrated using the drawing, which shows a diagram of the processing of the part in accordance with the claimed method, and positions 1-2 are indicated:

1 - деталь;1 - detail;

2 - патрон.2 - cartridge.

Способ осуществляют следующим образом. Цилиндрическую деталь 1 с наружным диаметром d и длиной L одним концом жестко закрепляют в патроне 2. С помощью патрона 2 детали 1 придают равномерное вращение с частотой n. К другому концу детали 1 прикладывают внешнюю нагрузку в виде изгибающего момента М величинойThe method is as follows. A cylindrical part 1 with an outer diameter d and a length L at one end is rigidly fixed in the cartridge 2. With the help of the cartridge 2 parts 1 give uniform rotation with a frequency of n. An external load is applied to the other end of part 1 in the form of a bending moment M of magnitude

Figure 00000001
Figure 00000001

где σT - предел текучести материала детали, МПа;where σ T is the yield strength of the material of the part, MPa;

W - момент сопротивления изгибу сечения детали, мм3:W is the moment of resistance to bending of the section of the part, mm 3 :

Figure 00000002
Figure 00000002

где d - диаметр детали, мм.where d is the diameter of the part, mm

Под действием изгибающего момента М во всех сечениях детали по всей ее длине возникают напряжения изгиба, равные пределу текучести материала σT, в результате чего происходит ее пластическая деформация. За счет пластической деформации происходит исправление исходной погрешности геометрической формы детали, и ось детали приобретает прямолинейную форму. После порядка 20-30 оборотов детали 1 обработку прекращают - изгибающий момент М снимают с детали, вращение детали 1 прекращают и ее удаляют из патрона 2. Указанных 20-30 оборотов детали обычно достаточно, чтобы исправить погрешность формы детали в виде искривления оси и стабилизировать прямолинейность оси.Under the action of the bending moment M in all sections of the part along its entire length, bending stresses equal to the yield strength of the material σ T arise, as a result of which plastic deformation occurs. Due to plastic deformation, the initial error of the geometric shape of the part is corrected, and the axis of the part acquires a rectilinear shape. After about 20-30 revolutions of the part 1, the treatment is stopped - the bending moment M is removed from the part, the rotation of the part 1 is stopped and it is removed from the cartridge 2. The specified 20-30 revolutions of the part are usually enough to correct the shape error of the part in the form of an axis curvature and stabilize straightness axis.

Так как детали придают вращение, то напряжения в детали возникают одинаковые как вдоль окружности каждого поперечного сечения детали, так и по всей ее длине. Это позволяет исправить все погрешности расположения оси детали, даже если они не лежат в одной плоскости. Кроме того, стабилизируется прямолинейность оси детали после обработки, так как остаточные напряжения в детали имеют небольшую величину и полностью уравновешены.Since the parts give rotation, the stresses in the part appear the same both along the circumference of each cross section of the part, and along its entire length. This allows you to fix all the errors in the location of the axis of the part, even if they do not lie in the same plane. In addition, the straightness of the axis of the part after processing is stabilized, since the residual stresses in the part are small and fully balanced.

Пример. В соответствии с заявляемым способом обработке подвергали цилиндрическую деталь в виде прутка с наружным диаметром d=11 мм и длиной

Figure 00000003
- 265 мм. Материал детали - сталь 40Х, имеющая предел текучести σT=1175 МПа и предел прочности при изгибе σu=1520 МПа. Модуль упругости E=210000 МПа. Требовалось устранить кривизну оси детали, которая достигала на отдельных участках Δ=0,2 мм.Example. In accordance with the inventive method, the processing was subjected to a cylindrical part in the form of a rod with an outer diameter of d = 11 mm and a length
Figure 00000003
- 265 mm. The material of the part is steel 40X, having a yield strength σ T = 1175 MPa and a flexural strength σ u = 1520 MPa. Elastic modulus E = 210,000 MPa. It was necessary to eliminate the curvature of the axis of the part, which reached Δ = 0.2 mm in individual sections.

Для детали цилиндрической формы момент сопротивления изгиба равен:For a cylindrical part, the bending moment is equal to:

Figure 00000004
Figure 00000004

Для осуществления стабилизации размеров деталь одним концом устанавливали в патрон токарного станка и придавали ей вращение с частотой n=120 об/мин. Более высокая частота вращения вызывала нагрев детали и вибрации в технологической системе. Слишком малая частота вращения снижала производительность обработки. К другому концу детали прикладывали изгибающий момент, определяемый по формуле (1):To realize dimensional stabilization, the part was installed at one end in a lathe chuck and gave it rotation with a frequency of n = 120 rpm. A higher rotational speed caused the part to heat up and vibrate in the process system. Too low speed reduced processing performance. A bending moment, determined by the formula (1), was applied to the other end of the part:

M≥1175⋅130,6=153 МПа.M≥1175-130.6 = 153 MPa.

Принимали M=185 МПа. Величина момента, близкая к расчетному M=153 МПа, вызывает пластическую деформацию только в тонком поверхностном слое детали, что не всегда достаточно для исправления положения оси детали. Слишком большое значение изгибающего момента, вызывающее напряжение изгиба, близкое к пределу прочности материала детали σu=1850 МПа, может привести к ее разрушению.Took M = 185 MPa. The moment close to the calculated value M = 153 MPa causes plastic deformation only in a thin surface layer of the part, which is not always enough to correct the position of the axis of the part. Too large a value of the bending moment, causing bending stress close to the tensile strength of the material of the part σ u = 1850 MPa, can lead to its destruction.

Обработку проводили в течение 15 секунд, что при частоте вращения детали n=120 об/мин позволяет сделать 30 оборотов детали. Это равносильно 30 циклам нагружения каждого сечения детали.The processing was carried out for 15 seconds, which at a speed of the part n = 120 rpm allows you to make 30 revolutions of the part. This is equivalent to 30 loading cycles of each section of the part.

После этого обработку прекращали и производили измерение погрешности расположения оси детали, которое не превышало Δ<0,025 мм.After that, the processing was stopped and the error of the location of the axis of the part was measured, which did not exceed Δ <0.025 mm.

Таким образом, за очень короткое время простыми средствами эффективно исправляется погрешность расположения оси цилиндрической детали.Thus, in a very short time by simple means, the error in the location of the axis of the cylindrical part is effectively corrected.

Технико-экономическая эффективность предложенного способа обработки заключается в следующем:The technical and economic efficiency of the proposed processing method is as follows:

1. Повышается качество обработки, так как устраняется погрешность положения оси детали и ликвидируются остаточные напряжения, которые могли бы привести к потере точности детали с течением времени.1. The quality of processing increases, since the error in the position of the axis of the part is eliminated and residual stresses that could lead to a loss of accuracy of the part over time are eliminated.

2. Простота осуществления способа, отпадает необходимость в использовании мощных силовых устройств.2. The simplicity of the method, there is no need to use powerful power devices.

Claims (3)

Способ правки цилиндрических деталей на токарном станке, включающий закрепление детали одним концом в патроне токарного станка, придание вращения детали вокруг оси с помощью патрона, приложение к детали внешней нагрузки, вызывающей пластическую деформацию, отличающийся тем, что детали сообщают равномерное вращение с частотой 120 об/мин, внешнюю нагрузку прикладывают к другому концу детали с созданием изгибающего момента, вызывающего во всех сечениях детали по всей ее длине напряжения изгиба, равные пределу текучести материала детали, и прекращают правку после совершения деталью 20-30 оборотов, при этом внешнюю нагрузку определяют в виде изгибающего момента по формуле:A method of editing cylindrical parts on a lathe, including fixing the part at one end in the lathe chuck, imparting rotation of the part around the axis with the help of a chuck, applying an external load to the part causing plastic deformation, characterized in that the parts impart uniform rotation with a frequency of 120 rpm min, an external load is applied to the other end of the part with the creation of a bending moment, causing in all sections of the part along its entire length, bending stresses equal to the yield strength of the material of the part, and rekraschayut editing after the 20-30 revolutions detail, the external load is defined as the bending moment by the formula: M≥σT⋅W,M≥σ T ⋅W, где σT - предел текучести материала детали, МПа; W - момент сопротивления изгибу сечения детали, мм3.where σ T is the yield strength of the material of the part, MPa; W is the moment of resistance to bending of the section of the part, mm 3 .
RU2015148861A 2015-11-16 2015-11-16 Method of cylindrical parts parameters stabilization RU2626703C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015148861A RU2626703C2 (en) 2015-11-16 2015-11-16 Method of cylindrical parts parameters stabilization

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015148861A RU2626703C2 (en) 2015-11-16 2015-11-16 Method of cylindrical parts parameters stabilization

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2015148861A RU2015148861A (en) 2017-05-22
RU2626703C2 true RU2626703C2 (en) 2017-07-31

Family

ID=58873943

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015148861A RU2626703C2 (en) 2015-11-16 2015-11-16 Method of cylindrical parts parameters stabilization

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2626703C2 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU103980A1 (en) * 1955-10-27 1955-11-30 В.П. Тэхт The method of editing parts having the form of bodies of rotation, such as shafts, rods, pipes, running screws of lathes, etc.
US3823588A (en) * 1972-10-19 1974-07-16 Newport News Shipbuilding Method and system for straightening large diameter shafts by selective cold rolling
SU1733158A1 (en) * 1989-03-06 1992-05-15 Центральный научно-исследовательский институт технологии судостроения Method of straightening workpieces

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU103980A1 (en) * 1955-10-27 1955-11-30 В.П. Тэхт The method of editing parts having the form of bodies of rotation, such as shafts, rods, pipes, running screws of lathes, etc.
US3823588A (en) * 1972-10-19 1974-07-16 Newport News Shipbuilding Method and system for straightening large diameter shafts by selective cold rolling
SU1733158A1 (en) * 1989-03-06 1992-05-15 Центральный научно-исследовательский институт технологии судостроения Method of straightening workpieces

Also Published As

Publication number Publication date
RU2015148861A (en) 2017-05-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6408819B2 (en) Method for producing hollow rack bar
JP2007268602A (en) Apparatus and method for forming axial enlargement
KR20090119725A (en) Method and apparatus for levelling metal strip
RU2626703C2 (en) Method of cylindrical parts parameters stabilization
RU2478031C2 (en) Method of residual stress relaxation
RU2626701C2 (en) Device for cylindrical parts parameters stabilization
RU2611614C1 (en) Method of flexible parts straightening and stabilization
RU2581692C1 (en) Method of straightening long parts
RU2595076C2 (en) Method of straightening of long cylindrical parts
JP6144516B2 (en) Method and apparatus for twisting metal pipe
RU2611616C1 (en) Method of long parts sizes stabilization
RU2650383C2 (en) Method of residual stress relaxation
RU2583520C1 (en) Method of processing ring part by continuous rolling with three rolls
JP2008287152A (en) Conductive roller
Okunkova et al. Modeling the process of straightening low-stiff cylindrical parts by cross-rolling with smooth plates
DE60327140D1 (en) Apparatus for straightening iron bars with final correction unit
RU2553124C2 (en) Hardening of metal parts of machines
JP6144519B2 (en) Metal tube twisting method
JP2010240656A (en) Method of manufacturing torsion beam
ATE507936T1 (en) SHARPENING ROD AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME
JP6470587B2 (en) Cutting method of thick wall pipe
WO2014157168A1 (en) Metal tube-twisting method and device
KR101903236B1 (en) Localized torsional severe plastic deformation method for conical tube metals
JP6969100B2 (en) Residual stress application method
CN105834267B (en) Roll forming apparatus and roll forming method

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20201117